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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Sensormodule bekannt, welche vorzugsweise als Zwischenprodukte für die spätere Herstellung eines Sensors verwandt werden und deren Funktion in der Bereitstellung eines mit elektrischen Anschlüssen versehenen Trägerkörpers zur Aufnahme eines Sensorelementes besteht. Das Sensormodul kann wenigstens ein elektrisches oder elektronisches Bauelement, wie beispielsweise einen elektrischen Widertand oder einen EMV-Schutzkondensator aufweisen. In späteren Herstellungsschritten werden die Sensormodule mit Sensorelementen bestückt und mit einer Ummantelung verkapselt. Ein derartiges Sensormodul ist beispielsweise aus der
EP 1 926 999 B1 bekannt und umfasst einen Trägerkörper aus teilweise mit einem Kunststoffhalter umspritzten Stromschienen, die als Stanzgitter ausgebildet sind, und ein elektrisches Widerstandsbauelement. Das Widerstandsbauelement weist einen Bauelementgrundkörper auf, der über seitlich von dem Bauelementgrundkörper abstehende Anschlussdrähte mit den Stromschienen des Trägerkörpers an Verbindungsstellen elektrisch und mechanisch kontaktiert ist. Da der Bauelementgrundkörper nur über die Anschlussdrähte an dem Trägerkörper festgelegt ist, kann der Bauelementgrundkörper durch Kraftbeaufschlagung des Sensormoduls gegen die Spannkraft der Anschlussdrähte relativ zu dem Trägerkörper ausgelenkt werden.
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Eine in der
EP 1 926 999 B1 beschriebene Umspritzung des mit einem Sensorelement bestückten Sensormoduls mit einem Verkapselungsmaterial kann eine unerwünschte Auslenkung des Bauelementgrundkörpers relativ zu dem Trägerkörper bewirken, da das flüssige Verkapselungsmaterial, bei dem es sich beispielsweise um ein thermoplastisches Material handelt, unter Druck in eine Spritzform eingepresst wird und dadurch das elektrische Bauelement belastet und auslenkt. Im ungünstigen Fall kann das elektrische Bauelement oder seine Anschlussdrähte beschädigt werden.
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Insbesondere dann, wenn das elektrische Bauelement ein NTC-Temperatursensorelement ist, das einseitig über relativ lange Anschlussdrähte an nahe beieinanderliegenden Verbindungsstellen an einem Stanzgitter festgelegt ist, wie es beispielsweise ein aus der
DE 10 2008 002 682 B4 bekannter Drucksensor mit NTC-Temperatursensorelement offenbart, ist es möglich, dass der über die Anschlussdrähte an dem Trägerkörper festgelegte und als Sensorpille ausgebildete Bauelementgrundkörper relativ zu dem Trägerkörper gegen die Spannkraft der Anschlussdrähte stark ausgelenkt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Sensormodul, das einen Trägerkörper aus teilweise mit einem Kunststoffhalter umgebenen Stromschienen und wenigstens ein an dem Trägerkörper angeordnetes elektrisches Bauelement umfasst. Das elektrische Bauelement weist einen Bauelementgrundkörper mit davon abstehenden Anschlussdrähten auf, wobei die Anschlussdrähte mit zumindest einigen der Stromschienen des Trägerkörpers an Verbindungsstellen elektrisch und mechanisch derart kontaktiert sind, dass der über die Anschlussdrähte an dem Trägerkörper festgelegte Bauelementgrundkörper relativ zu dem Trägerkörper gegen die Spannkraft der Anschlussdrähte auslenkbar ist. Erfindungsgemäß weist das Sensormodul ein Abdeckelement auf, das in oder an dem Trägerkörper befestigt ist. Der Bauelementgrundkörper des elektrischen Bauelementes wird von dem Abdeckelement derart umfasst, dass eine Auslenkung des Bauelementgrundkörpers relativ zu dem Trägerkörper durch wenigstens einen Anschlag an einer Innenkontur des Abdeckelementes begrenzt wird.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die Erfindung wird vorteilhaft erreicht, dass das elektrische Bauelement während einer Umspritzung des Sensormoduls mit einem Verkapselungsmaterial gegen eine Beschädigung der Anschlussdrähte und des Bauelementgrundkörpers geschützt ist. Das den Bauelementgrundkörper umfassende Abdeckelement weist an seiner dem Bauelementgrundkörper zugewandten Innenkontur wenigstens einen Anschlag auf, welcher die Auslenkung Bauelementgrundkörpers beispielsweise während eine Spritzgussprozessen, bei dem das Sensormodul mit einer Ummantelung versehen wird, reduziert. Der Bauelementgrundkörper kann sich daher nur geringfügig zwischen dem Trägerkörper und dem Anschlag bewegen, so dass eine Beschädigung der elektrischen Verbindungsstellen und eine Beschädigung des Bauelementgrundkörpers vorteilhaft vermieden wird.
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Darüber hinaus wird erreicht, dass der von dem Abdeckelement abgedeckte Bauelementgrundkörper bei einer Ummantelung des Sensormoduls mit einem Verkapselungsmaterial nicht direkt in das Verkapselungsmaterial eingebettet wird. Dem Bauelementgrundkörper verbleibt zwischen dem Abdeckelement und dem Trägerkörper ein geringer Freiraum, in dem er sich bis zu dem wenigstens einen Anschlag bewegen kann. Temperaturwechselbelastungen, die auch noch im späteren Betrieb unterschiedliche thermische Ausdehnungen der Stromschienen und der Ummantelung bewirken und daher auch das elektrische Bauelement belasten könnten, können daher durch eine Bewegung des Bauelementgrundkörpers relativ zu dem Trägerkörper ausgeglichen werden, so dass das elektrische Bauelement in deutlich verringertem Umfang einer Belastung durch Zugspannungen ausgesetzt ist. Vorteilhaft kann dadurch auch langfristig die Zuverlässigkeit des Sensormoduls erhöht werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen enthaltenen Merkmale ermöglicht.
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Besonders vorteilhaft ist die Erfindung in Kombination mit einem elektrischen Bauelement, das als NTC-Temperatursensorelement ausgelegt ist und eine Sensorpille als Bauelementgrundkörper aufweist, von der zwei Anschlussdrähte abstehen. Bei einer Verwendung eines NTC-Temperatursensorelementes an einem Sensormodul, das für eine Ummantelung mit einem Verkapselungsmaterial in einem Spritzgussprozess oder einem Moldverfahren vorgesehen ist, wird eine Beschädigung der elektrischen Verbindungsstellen vorteilhaft vermieden. Dadurch, dass das NTC-Temperatursensorelement durch das Abdeckelement geschützt wird, kann die unmittelbar neben beziehungsweise in der Nähe des NTC-Temperatursensorelementes eingeleitete Spritzgussmasse (beispielsweise ein thermoplastisches Material) keine Verschiebung oder Beschädigung des NTC-Temperatursensorelementes durch Druck oder Temperatur bewirken. Außerdem besteht unter dem Abdeckelement ein Bewegungsfreiraum für den NTC-Widerstand, so dass aus Temperaturänderungen resultierende Ausdehnungsbelastungen im späteren Betrieb keine Beschädigung des NTC-Temperatursensorelementes bewirken.
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Das Abdeckelement kann preisgünstig aus Kunststoff gefertigt sein. Vorteilhaft weist das Abdeckelement eine dem Bauelementgrundkörper zugewandte Innenkontur auf, deren Form zumindest abschnittsweise an die Kontur des Bauelementgrundkörpers angepasst, insbesondere komplementär dazu ausgebildet ist. Unter einen Komplementären Innenkontur wird eine Innenkontur verstanden, deren Flächenverlauf der Außenfläche des Bauelementgrundkörpers folgt beziehungsweise der Außenfläche des Bauelementgrundkörpers entspricht. Ist der Bauelementgrundkörper beispielsweise eine Sensorpille, dann kann die Innenkontur an einer der Sensorpille zugewandten Seite des Abdeckelementes derart gekrümmt sein, dass sie dieser Kontur zumindest abschnittsweise folgt, so dass die Sensorpille mit geringem Spiel umfasst wird. Unter einem geringen Spiel wird ein Spiel in einem Bereich von vorzugsweise weniger als einem Millimeter, insbesondere weniger als 0,5 Millimeter und ganz insbesondere weniger als 0,1 Millimeter verstanden.
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Das Abdeckelement kann einen Deckel und wenigstens zwei von dem Deckel zu dem Trägerkörper abstehende Stege aufweist, welche den Bauelementgrundkörper seitlich umfassend in eine Aussparung des Kunststoffhalters eingreifen. Durch die Stege ist ein einfaches Einschieben des Abdeckelementes in die dafür vorgesehene Aussparung des Kunststoffhalters möglich.
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Zusätzlich kann das Abdeckelement von dem Deckel zu dem Trägerkörper hin abstehende auf den Stromschienen aufliegende Nocken aufweist, zwischen denen die Anschlussdrähte des elektrischen Bauelementes hindurch gefädelt sind. Dadurch werden auch die Anschlussdrähte von dem Abdeckelement teilweise mit geschützt, da die Auslenkung der Anschlussdrähte bei Schüttelbelastungen und Vibrationen durch die Nocken beschränkt wird.
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Das Abdeckelement kann an zwei voneinander abgewandten Seitens des Deckels wenigstens zwei Klemmbacken aufweist, die beim Einführen des Abdeckelementes in die Aussparung des Kunststoffhalters gegen die Innenwand der Aussparung gepresst werden und dadurch das Abdeckelement in der Aussparung fixieren. Dadurch kann das Abdeckelement in besonders einfacher Weise an dem Trägerköper montiert werden.
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Der Bauelementgrundkörper des elektrischen Bauelements kann in einem Ausführungsbeispiel in der Aussparung angeordnet sein. Beim Aufschieben gleiten die Stege des Abdeckelements über den Bauelementgrundkörper und richten vorteilhaft dessen Lage in der Aussparung aus.
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Die von dem Bauelementgrundkörper abgewandte Enden der Anschlussdrähte können aus dem mit dem Abdeckelement versehen Bereich des Trägerkörpers herausgeführt und mit den Stromschienen an den Verbindungstellen außerhalb des mit dem Kunststoffhalter umspritzten Bereichs beispielsweise durch Schweißen elektrisch kontaktiert sein. Bei einer nachfolgenden Ummantelung des Sensormoduls können die Verbindungsstellen in die Umspritzung mit Verkapselungsmaterial einbezogen werden.
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Der Trägerkörper des Sensormoduls kann endseitig eine Aufnahme für ein Sensorelement, insbesondere ein Sensorelement zur Erfassung einer Drehzahl aufweisen. Das Sensorelement kann beispielsweise ein Hallelement, ein Hall-IC mit oder ohne Magnet oder ein anderes magnetfeldempfindliches Bauelement sein. Das Sensorelement kann mit den Stromschienen des Trägerkörpers elektrisch kontaktiert werden.
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Weiterhin vorteilhaft ist ein Sensor mit dem vorstehend beschriebenen Sensormodul, mit einem in eine Aufnahme des Sensormoduls eingesetzten und mit den Stromschienen des Sensormoduls elektrisch kontaktierten Sensorelement, insbesondere einem Sensorelement zur Erfassung einer Drehzahl, sowie mit einer Ummantelung aus einem Verkapselungsmaterial, in welches das Sensormodul und das Sensorelement ganz oder teilweise eingebettet sind, wobei die Ummantelung das Abdeckelement abdeckt.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden mögliche Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine Explosionsansicht des Sensormoduls mit dem Trägerkörper, einem als NTC-Temperatursensorelement ausgebildeten elektrischen Bauelement und dem Abdeckelement,
- 2 die Ansicht aus 1 nach der Anordnung des NTC-Temperatursensorelementes an dem Trägerkörper,
- 3 einen schematischen Querschnitt durch einen Sensor, welcher das Sensormodul und ein an dem Sensormodul festgelegtes Sensorelement in einer Ummantelung aus einem Verkapselungsmaterial aufweist.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 und 2 zeigen eine Explosionsansicht eines Sensormoduls 1. Das Sensormodul 1 weist einen Trägerkörper 2 auf. Der Trägerkörper umfasst Stromschienen 4, die teilweise mit einem Kunststoffhalter 3 umgeben sind. Die Stromschienen 4 sind als Stanzgitterteil ausgebildet. Die Stromschienen 4 können in bekannter Weise in einem Spritzverfahren oder einem Moldprozess mit dem Kunststoffhalter 3 versehen werden. Der Kunststoffhalter 3 kann aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff bestehen und seitlich abstehende Zapfen 13 aufweisen, welche dazu dienen können, das Sensormodul 1 während eines späteren Spritzverfahren mit einem das Sensormodul 1 zumindest teilweise abdeckenden Verkapselungsmaterial in einem Werkzeug zu halten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Sensormodul 1 vier Stromschienen 4a, 4b, 4c und 4d auf. Das Sensormodul 1 weist beispielsweise an seiner Stirnseite weiterhin eine Aufnahme 12 für ein Sensorelement 8 auf. Das Sensorelement 8, bei dem es sich beispielsweise um ein Drehzahlsensorelement, insbesondere ein Hallelement oder einen Hall-IC handeln kann, kann in die Aufnahme eingeschoben werden und beispielswiese mit den Stromschienen 4a und 4d elektrisch kontaktiert werden.
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Weiterhin umfasst das Sensormodul 1 ein elektrisches Bauelement 5, das im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein NTC-Temperatursensorelement 15 (Negative Temperature Coefficient Thermistor) ausgebildet ist. Das elektrische Bauelement 5 weist einen Bauelementgrundkörper 5a und davon abstehende Anschlussdrähte 5b auf. Der Bauelementgrundkörper 5a umfasst eine tropfenförmige Sensorpille, an deren sich im Querschnitt verjüngenden Ende zwei Anschlussdrähte 5b abstehen, deren von der Sensorpille abweisenden Enden keine Isolierung aufweisen.
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Der Kunststoffhalter 3 weist an seinem Außenmantel eine Aussparung 10 auf. Wie in 2 gezeigt wird das elektrische Bauelement 5 mit dem Bauelementgrundkörper 5a in die Aussparung 10 eingelegt, so dass der Bauelementgrundkörper 5a von der Innenwandung der Aussparung 10 seitlich umgeben ist und die Anschlussdrähte 5b an einem offenen Ende der Aussparung 10 aus dieser herausgeführt sind. Die Ausschlussdrähte 5b gelangen dabei außerhalb des Kunststoffhalters 3 an den Stromschienen 4b und 4c zur Anlage. Die beiden Anschlussdrähte 5b können an den von dem Bauelementgrundkörper 5a abgewandte Enden 5c an Verbindungsstellen 6 mit den Stromschienen 4a und 4b beispielsweise verschweißt oder verlötet werden. Dadurch ist das elektrische Bauelement 5 elektrisch und mechanisch an dem Trägerkörper 2 festgelegt. Die Anschlussdrähte 5b weisen aufgrund ihrer Länge eine gewisse Elastizität und Biegefähigkeit auf. Der Bauelementgrundkörper 5a wird zunächst nur über die Anschlussdrähte 5b an dem Trägerkörper 2 gehalten und kann durch Krafteinwirkung in Folge von Schüttelbelastungen oder äußeren angreifenden Kräften gegen die Spannkraft der Anschlussdrähte 5b ausgelenkt werden.
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Wie in 2 und 3 zu erkennen ist, umfasst das Sensormodul 1 weiterhin ein Abdeckelement 7 das vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist. Das Abdeckelement 7 weist einen etwa rechteckförmigen Deckel 7b und zwei von dem Deckel 7b an einem Ende zu dem Trägerkörper 2 abstehende Stege 7c sowie drei an dem anderen Ende des Deckels 7b zu dem Trägerkörper hin abstehende Nocken 7d auf. Weiterhin weist das Abdeckelement 7 beispielsweise an zwei voneinander abgewandten Seitens des Deckels 7b wenigstens zwei Klemmbacken 7e auf.
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Das Abdeckelement 7 wird derart auf den Trägerkörper 2 aufgesetzt, dass die Stege 7c in die Aussparung 10 eindringen und den Bauelementgrundkörper 5a seitlich umfassen. Bei Erreichen der in 3 gezeigten Endlage des Abdeckelementes 7 werden die beiden Klemmbacken 7e gegen die Innenwand der Aussparung 10 gepresst werden und dadurch das Abdeckelement 7 in der Aussparung 10 fixiert. Die Außenwand des Deckels 7b des Abdeckelementes 7 kann die Aussparung 10 bündig abschließen.
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Die von dem Deckel 7b zu dem Trägerkörper 2 hin abstehenden Nocken 7d liegen auf den Stromschienen 4 auf, wobei die Anschlussdrähte 5b des elektrischen Bauelementes 5a zwischen den Nocken 7d hindurch gefädelt sind. Die von dem Bauelementgrundkörper 5a abgewandten Enden 5c der Anschlussdrähte 5b sind außerhalb des dem Abdeckelement 7 versehen Bereichs des Trägerkörpers 2 mit den Stromschienen 4 an den Verbindungstellen 6 elektrisch kontaktiert.
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Das Abdeckelement 7 weist eine dem Bauelementgrundkörper 5a zugewandte Innenkontur auf, welche durch die Innenkontur 7a des Deckels 7b und die dem Bauelementgrundkörper zugewandten Innenwände der Stege 7c gebildet wird. Die Innenkontur 7a des Deckels 7b ist dabei an die Form der tropfenförmigen Sensorpille des NTC-Tempertatursensorelementes 15 angepasst, beziehungsweise komplementär dazu ausgebildet, so dass die Innenkontur 7a zumindest abschnittsweise eng an der Sensorpille anliegt. Ein der Innenkontur 7a gegenüberliegende Boden der Aussparung 10 liegt ebenfalls abschnittsweise als Gegenhalt an dem Bauelementgrundkörper 5a an.
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Die Innenkontur 7a des Deckels 7b und die Innenwände der Stege 7c bilden Anschläge, welche eine Auslenkung des Bauelementgrundkörpers 5a relativ zu dem Trägerkörper 2 innerhalb der Aussparung 10 begrenzen. Dadurch ist der Bauelementgrundkörper innerhalb der Aussparung 10 nur mit geringem Spiel beweglich. Das Spiel beträgt vorzugsweise höchstens einen Millimeter, insbesondere höchstens 0,5 Millimeter und ganz insbesondere höchstens 0,1 Millimeter.
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Dies ist vorteilhaft, wenn das Sensormodul 1 in einem späteren Arbeitsschritt mit einer Ummantelung 9 aus einem Verkapselungsmaterial versehen wird, wie dies in 3 angedeutet ist. Hierzu wird zunächst das Sensorelement 8 in die dafür bestimmte Aufnahme 12 des Kunststoffhalters 3 eingesetzt und mit den Stromschienen 4 elektrisch kontaktiert. Anschließend wird das Sensormodul 1 in ein Spritzgusswerkzeug eingesetzt und mit einer Ummantelung 9 versehen. Die Ummantelung 9 besteht beispielsweise aus Spritzgussmasse als Verkapselungsmaterial, beispielsweise einem thermoplastischen Material, welches den vorderen Bereich des Sensormoduls 1 mit dem Kunststoffhalter 3 ganz oder teilweise abdeckt. Die Enden der Stromschienen 4 können als elektrische Anschlusselemente 101 von der Umhüllung mit dem Verkapselungsmaterial ausgenommen sein. Auf dieser Weise wird ein vollständiger Sensor 100 erhalten. Der Sensor 100 kann insbesondere ein Drehzahlsensor sein.
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Wie in 3 gut zu erkennen ist, deckt die Ummantelung 9 auch den mit dem Abdeckelement 7 versehenen Bereich des Kunststoffhalters 3 ab. Durch das Abdeckelement 7 wird vorteilhaft verhindert, dass das Verkapselungsmaterial während des Spritzgussprozesses ungehindert in die Aussparung 10 eindringt und den Bauelementgrundkörper 5a umfließen kann. Von dem elektrischen Bauelement 5 werden daher nur die Enden 5c der Anschlussdrähte mit den Verbindungsstellen 6 ummantelt. Der Bauelementgrundkörper 5a wird in der Aussparung 10 nicht durch das Verkapselungsmaterial umflossen und behält daher seine geringe Beweglichkeit zwischen den die Auslenkung beschränkenden Anschlägen der Innenkontur 7a und der Stege 7c. Bei Temperaturwechselbelastungen im späteren Betrieb kann sich der Bauelementgrundkörper 5 daher in geringen Umfang innerhalb der Aussparung bewegen und aus den Temperaturwechselbelastungen resultierende mechanische Spannungen ausgleichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1926999 B1 [0001, 0002]
- DE 102008002682 B4 [0003]
