DE102022103918A1

DE102022103918A1 - Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Komponente

Info

Publication number: DE102022103918A1
Application number: DE102022103918.8A
Authority: DE
Inventors: Robert Heinz; Sebastian Emde; Sebastian Weber
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2022-02-18
Filing date: 2022-02-18
Publication date: 2023-08-24
Also published as: WO2023155953A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Komponente 1, welche zumindest einen elektromagnetischen Aktuator 2 und eine Elektronikeinheit 3 aufweist, wobei das Verfahren ein erstes Umspritzen der Elektronikeinheit 3 mit einem ersten Kunststoff zur Herstellung einer ersten Ummantelung 4 der Elektronikeinheit 3, und ein zweites Umspritzen der ersten Ummantelung 4 gemeinsam mit dem elektromagnetischen Aktuator 2 zur Herstellung einer zweiten Ummantelung 5 der Elektronikeinheit 3 und des elektromagnetischen Aktuators 4 umfasst, wobei der erste Kunststoff mit einer geringeren Temperatur und/oder einem geringen Druck gespritzt wird als der zweite Kunststoff, die erste Umspritzung so ausgeführt wird, dass die erste Ummantelung 4 die Elektronikeinheit 3 so umschließt, so dass bei der zweiten Umspritzung die Elektronikeinheit 3 nicht von der zweiten Ummantelung 5 berührt wird, und die zweite Umspritzung so ausgeführt wird, dass der elektromagnetische Aktuator 2 und die Elektronikeinheit 3 mit der ersten Ummantelung 4 von der zweiten Ummantelung 5 mediendicht umschlossen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Komponente, sowie die elektronische Komponente. Insbesondere betrifft die Erfindung die Umspritzung einer Elektronikeinheit und eines elektromagnetischen Aktuators der elektronischen Komponente mit einem ersten Kunststoff und einem zweiten Kunststoff zur Herstellung einer mediendichten Ummantelung.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung von elektronischen Komponenten mit einer mediendichten Ummantelung bekannt. Beispielsweise offenbart die WO 2019/ 162084 A1 eine solche Komponente in Form eines Steckverbinders.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Komponente bereitzustellen, dass eine mediendichte Ummantelung mit einem geringeren Herstellungsaufwand und einer geringeren Herstellungsdauer ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche haben bevorzugt Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Komponente, welche zumindest einen elektromagnetischen Aktuator und eine Elektronikeinheit aufweist. Ebenso umfasst das Verfahren ein erstes Umspritzen der Elektronikeinheit mit einem ersten Kunststoff zur Herstellung einer ersten Ummantelung der Elektronikeinheit. Weiterhin umfasst das Verfahren ein zweites Umspritzen der ersten Ummantelung gemeinsam mit dem elektromagnetischen Aktuator zur Herstellung einer zweiten Ummantelung der Elektronikeinheit und des elektromagnetischen Aktuators. Hierbei wird der erste Kunststoff mit einer geringeren Temperatur und/oder einem geringen Druck gespritzt als der zweite Kunststoff. Durch die Verwendung zweier unterschiedlicher Kunststoffe in der ersten Ummantelung und der zweiten Ummantelung, kann für jede Ummantelung ein Kunststoff mit für seine vorgesehene Aufgabe idealen Eigenschaften gewählt werden.
Die erste Umspritzung wird so ausgeführt, dass die erste Ummantelung die Elektronikeinheit so umschließt, dass bei der zweiten Umspritzung die Elektronikeinheit nicht von der zweiten Ummantelung berührt wird.
Hierdurch wird die temperatur- und druckempfindliche Elektronikeinheit durch die erste Ummantelung vor den Einflüssen, wie Temperatur und Druck, beim zweiten Einspritzen des zweiten Kunststoffs geschützt. Dies erlaubt es bei der zweiten Umspritzung in einem weiteren Parameterbereich, vor allem hinsichtlich der Parameter Temperatur und Druck, beim Einspritzen des zweiten Kunststoffs zu arbeiten, als dies der Fall wäre, wenn die Elektronikeinheit der zweiten Umspritzung unmittelbar ausgesetzt wäre. Somit muss bei der Wahl des zweiten Kunststoffs für die zweite Umspritzung nicht auf die Empfindlichkeiten der Elektronikeinheit Rücksicht genommen werden.
Die zweite Umspritzung wird so ausgeführt, dass der elektromagnetische Aktuator und die Elektronikeinheit mit der ersten Ummantelung von der zweiten Ummantelung mediendicht umschlossen sind. Da die zweite Ummantelung mit dem zweiten Kunststoff die Mediendichtheit des Aktuators und der Elektronikeinheit gewährleistet, muss der erste Kunststoff keine Mediendichtheit gewährleisten. Somit kann für die erste Ummantelung ein Kunststoff gewählt werden, der beim Spritzen der ersten Ummantelung mit dem ersten Kunststoff die Elektronikeinheit möglichst gering belastet. Durch die Aufteilung der Aufgaben, geringe Temperatur- und Druckbelastung der Elektronikeinheit beim Umspritzen und gewährleisten der Mediendichtheit, in einer erste Umspritzung mit einem ersten Kunststoff und einer zweiten Umspritzung mit einem zweiten Kunststoff, kann für jede Umspritzung ein für seine Aufgabe geeigneter Kunststoff gewählt werden. Hierdurch wird die Anzahl der notwendigen Umspritzung bis zum Erreichen der Mediendichtheit auf zwei Umspritzungen reduziert. Unter einer mediendichten Ummantelung wird verstanden, dass keinerlei die Ummantelung umgebenden Medien, wie beispielsweise Wasser oder Öle, die Ummantelung durchdringen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zumindest zwei elektrisch leitende Stiftelemente, insbesondere mittels Durchkontaktierens, mit der Elektronikeinheit vor dem ersten Umspritzen verbunden werden. Die Elektronikeinheit wird im ersten Umspritzen von der ersten Ummantelung vollständig umschlossen, wobei die elektrisch leitenden Stiftelemente aus der ersten Ummantelung herausragen. In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung werden die elektrisch leitenden Stiftelemente nach dem ersten Umspritzen, insbesondere mittels Durchkontaktierens, mit der Elektronikeinheit verbunden, indem die Stiftelemente durch die erste Ummantelung gepresst werden. Durch die aus der ersten Ummantelung ragenden Stiftelemente kann die Elektronikeinheit mit Strom versorgt und angesteuert werden. Durch die erste Ummantelung werden die Stiftelemente gestützt und können höhere Kräfte in die erste Ummantelung ableiten, als wenn keine erste Ummantelung vorhanden wäre. Hierdurch können die Stiftelemente auch Kräfte in der zweiten Umspritzung oder während anderer belastendender Situationen aufnehmen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung, weist der elektromagnetische Aktuator zumindest eine erste Aussparung auf und die erste Ummantelung wird in der ersten Umspritzung in eine solche Form gespritzt, dass die erste Ummantelung zumindest ein zweites hervorstehendes Verbindungselement aufweist. Das zweite hervorstehende Verbindungselement ist in die erste Aussparung des elektromagnetischen Aktuators einfügbar. Alternativ oder zusätzlich weist der elektromagnetische Aktuator zumindest ein erstes hervorstehendes Verbindungselement auf und die erste Ummantelung weist zumindest eine zweite Aussparung auf, in welche das erste Verbindungselement des elektromagnetische Aktuators einfügbar ist. Bei einer Verbindung zwischen dem ersten Verbindungselement und der zweiten Aussparung und/oder einer Verbindung zwischen der ersten Aussparung und dem zweiten Verbindungselement besteht ein zumindest teilweiser Formschluss. Formschluss besteht insbesondere bezüglich einer Radialrichtung des Aktuators. Durch den Formschluss kann durch ein einfaches Verbinden der ersten Ummantelung mit dem Aktuator eine Relativbewegung der ersten Ummantelung gegenüber dem Aktuator während der zweiten Einspritzung unterbunden werden. Hierdurch kann die Anzahl der Elemente zur Abstützung der ersten Ummantelung und des Aktuators und damit der Herstellungsaufwand und die Herstellungsdauer verringert werden. Außerdem lassen sich Fertigungstoleranzen minimieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung, wird die erste Ummantelung in der ersten Umspritzung in eine solche Form gespritzt, dass die erste Ummantelung zumindest eine dritte Aussparung aufweist. In die dritte Aussparung ist eine Positionierhilfe einführbar. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die erste Ummantelung ein drittes hervorstehendes Verbindungselement aufweist. Das dritte hervorstehende Verbindungselement ist in die Positionierhilfe einführbar. Bei einer Verbindung zwischen der Positionierhilfe und der dritten Aussparung und/oder dem dritten Verbindungselement besteht ein zumindest teilweiser Formschluss. Formschluss besteht insbesondere bezüglich einer Radialrichtung des Aktuators. Durch den Formschluss zwischen der Positionierhilfe und der ersten Ummantelung wird eine genaue Positionierung der ersten Ummantelung ermöglicht. Dies gewährleistet, dass sich die erste Ummantelung, während der zweiten Umspritzung, nicht relativ zum Aktuator bewegen kann. Außerdem lassen sich Fertigungstoleranzen vermeiden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung, wird die erste Ummantelung nach dem ersten Umspritzen durch eine Einführung des zweiten Verbindungselements in die erste Aussparung und/oder durch eine Einführung des ersten Verbindungselements in die zweite Aussparung mit dem elektromagnetischen Aktuator verbunden. Alternativ oder zusätzlich wird die erste Ummantelung nach dem ersten Umspritzen durch eine Einführung des dritten Verbindungselements in die Positionierhilfe und/oder durch eine Einführung der Positionierhilfe in die dritte Aussparung mit der Positionierhilfe verbunden. Nach der Verbindung der ersten Ummantelung mit der Positionierhilfe wird die zweite Umspritzung durchgeführt. Durch die zumindest teilweise formschlüssige Verbindung zwischen der ersten Ummantelung und der Positionierhilfe können bei der zweiten Umspritzung auch höhere Drücke beim Einspritzen des zweiten Kunststoffs verwendet werden, als wenn die erste Ummantelung nicht abgestützt würde. Dies erlaubt eine bessere Ausfüllung komplexerer Geometrien und reduziert die Herstellungsdauer.
Die Erfindung betrifft außerdem, eine elektronische Komponente umfassend einen elektromagnetischen Aktuator, eine Elektronikeinheit, die von einer ersten Ummantelung aus einem ersten gespritzten Kunststoff umgeben ist, und eine zweite Ummantelung aus einem zweiten gespritzten Kunststoff. Die zweite Ummantelung umgibt die erste Ummantelung und den Aktuator. Der erste Kunststoff ist bei einer geringeren Temperatur und/oder mit einem geringeren Druck spritzfähig als der zweite Kunststoff. Durch die Verwendung zweier unterschiedlicher Kunststoffe in der ersten Ummantelung und der zweiten Ummantelung kann für jede Ummantelung ein Kunststoff mit für seine vorgesehene Aufgabe idealen Eigenschaften gewählt werden.
Die erste Ummantelung umschließt die Elektronikeinheit so, dass die zweite Ummantelung die Elektronikeinheit nicht direkt berührt. Durch die erste Ummantelung wird die temperatur- und druckempfindliche Elektronikeinheit vor den Einflüssen, wie Temperatur und Druck, beim zweiten Einspritzen des zweiten Kunststoffs geschützt. Dies erlaubt es bei der zweiten Umspritzung in einem weiten Parameterbereich, vor allem hinsichtlich der Parameter Druck und Temperatur, beim Einspritzen des zweiten Kunststoffs zu arbeiten, als dies der Fall wäre, wenn die temperatur- und druckempfindliche Elektronikeinheit der zweiten Umspritzung unmittelbar ausgesetzt wäre. Somit muss bei der Wahl des zweiten Kunststoffs für die zweite Einspritzung nicht auf die Empfindlichkeiten der Elektronikeinheit Rücksicht genommen werden.
Die zweite Ummantelung umschließt den elektromagnetischen Aktuator, die Elektronikeinheit mit der ersten Ummantelung mediendicht. Da die zweite Ummantelung mit dem zweiten Kunststoff die Mediendichtheit des Aktuators und der Elektronikeinheit gewährleistet muss der erste Kunststoff keine Mediendichtheit gewährleisten. Somit kann für die erste Ummantelung ein Kunststoff gewählt werden, der beim Spritzen der ersten Ummantelung mit dem ersten Kunststoff die Elektronikeinheit möglichst wenig belastet. Durch die Aufteilung der Aufgaben, geringe Temperatur- und Druckbelastung der Elektronikeinheit beim Umspritzen und Gewährleistung der Mediendichtheit, in einer ersten Umspritzung mit einem ersten Kunststoff und einer zweiten Umspritzung mit einem zweiten Kunststoff, kann für jede Umspritzung ein für seine Aufgabe geeigneter Kunststoff gewählt werden. Hierdurch wird die Anzahl der notwendigen Umspritzungen bis zum Erreichen der Mediendichtheit auf zwei Umspritzungen reduziert. Unter einer mediendichten Ummantelung wird verstanden, dass keinerlei die Ummantelung umgebenden Medien, wie beispielweise Wasser oder Öle, die Ummantelung durchdringen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind zwei elektrisch leitende Stiftelemente mit der Elektronikeinheit verbunden, wobei die elektrisch leitenden Stiftelemente aus der ersten Ummantelung herausragen. Durch die aus der ersten Ummantelung herausragenden Stiftelemente kann die Elektronikeinheit mit Strom versorgt werden und/oder Steuersignale ausgeben oder empfangen. Durch die erste Ummantelung werden die Stiftelemente gestützt und können höhere Kräfte in die erste Ummantelung ableiten, als wenn keine erste Ummantelung vorhanden wäre. Hierdurch können die Stiftelemente auch die auftretenden Kräfte während der zweiten Umspritzung oder während anderer belastendender Situationen aufnehmen.
Der elektromagnetische Aktuator weist vorteilhafterweise zumindest eine erste Aussparung auf und die erste Ummantelung weist vorteilhafterweise zumindest ein zweites hervorstehendes Verbindungselement auf. Alternativ oder zusätzlich weist der elektromagnetische Aktuator zumindest ein erstes hervorstehendes Verbindungselement auf und die erste Ummantelung weist zumindest eine zweite Aussparung auf. Das erste Verbindungselement ist mit der zweiten Aussparung und/oder die erste Aussparung mit dem zweiten Verbindungselement so miteinander verbindbar, dass zumindest ein teilweiser Formschluss besteht. Formschluss besteht bevorzugt bezüglich einer radialen Richtung des Aktuators. Durch den Formschluss kann durch ein einfaches Verbinden der ersten Ummantelung mit dem Aktuator eine Relativbewegung der ersten Ummantelung gegenüber dem Aktuator während der zweiten Einspritzung unterbunden werden. Hierdurch kann die Anzahl der Elemente zur Abstützung der ersten Ummantelung und des Aktuators und damit der Herstellungsaufwand und die Herstellungsdauer verringert werden. Außerdem lassen sich Fertigungstoleranzen minimieren.
Die erste Ummantelung weist vorteilhafterweise zumindest ein drittes hervorstehendes Verbindungselement auf, welches in eine Positionierhilfe einführbar ist. Alternativ oder zusätzlich weist die erste Ummantelung zumindest eine dritte Aussparung auf, in welche eine Positionierhilfe einführbar ist, sodass bei einer Verbindung zwischen der Positionierhilfe und dem dritten Verbindungselement und/oder der dritten Aussparung zumindest ein teilweiser Formschluss besteht. Formschluss besteht bevorzugt bezüglich einer radialen Richtung des Aktuators. Durch den Formschluss zwischen der Positionierhilfe und der ersten Ummantelung wird eine genaue Positionierung der ersten Ummantelung ermöglicht. Dies gewährleistet, dass sich die erste Ummantelung, während der zweiten Umspritzung, nicht relativ zum Aktuator bewegen kann.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist die Elektronikeinheit eine Platine mit einem Hall-Sensor auf, wobei der Hall-Sensor näher an einer Oberfläche der ersten Ummantelung angeordnet ist als die Platine oder eine andere Komponente auf der Platine. Durch den Hall-Sensor kann eine Feldstärke ermittelt werden und dadurch auf die Anwesenheit eines Magneten geschlossen werden. Ein solcher Magnet kann sich an einem Ende eines durch eine Aussparung des Aktuators bewegende Stelleeinheit befinden. Somit kann durch den Hall-Sensor die Position des Magneten und des Stellelements bestimmt werden. Durch die Positionierung des Hall-Sensors näher an einer Oberfläche hinter der sich der Magnet der Stelleinheit befindet als die Platine oder andere Elemente der Platine, kann die Position des Magneten hinter der Oberfläche besser bestimmt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der erste Kunststoff eine geringere Wärmeleitfähigkeit als der zweite Kunststoff auf. Während des Betriebs des elektromagnetischen Aktuators entsteht Wärme in den Spulen des Aktuators. Diese Wärme wird an die unmittelbare Umgebung, unteranderem die zweite Ummantelung, abgegeben. Durch die Wahl eines ersten Kunststoffs mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit als der zweite Kunststoff wird ein Wärmetransport der Abwärme der Spulen durch die zweite Ummantelung an die Umgebung der elektrischen Komponente gewährleistet und gleichzeitig durch die erste Ummantelung der Wärmetransport von der Spule zur temperaturempfindlichen Elektronikeinheit verringert.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der erste Kunststoff ein Duroplast und/oder der zweite Kunststoff ein Thermoplast. Duroplasten sind bei geringen Temperaturen und geringen Drücken bereits spritzfähig und ermöglichen eine Umspritzung der Elektronikeinheit mit der ersten Ummantelung aus Duroplast bei geringeren Temperaturen und Drücken als dies bei andere Kunststoffen der Fall wäre. Thermoplasten werden zwar mit höheren Drücken und Temperatur als Duroplaste eingespritzt, ermöglichen dafür eine mediendichte Abdichtung des Aktuators und der ersten Ummantelung mit einer einzigen Umspritzung. Da die temperatur- und druckempfindliche Elektronikeinheit bereits durch die erste Ummantelung aus Duroplast geschützt wird, stellt die zweite Umspritzung mit eine, Thermoplasten keine unzumutbare Belastung für die Elektronikeinheit dar. Somit sind nur zwei Umspritzungen nötig, um den Aktuator und die Elektronikeinheit mediendicht abzudichten, wodurch sich die Herstellungsdauer und der Herstellungsaufwand verringern.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:

1 eine schematische Ansicht einer elektronischen Komponente gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische Ansicht der Elektronikeinheit der elektrischen Komponenten gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine schematische Ansicht der Elektronikeinheit mit der elektronischen Komponente gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer ersten Ummantelung, und
4 eine schematische Ansicht der elektronischen Komponente gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Positionierhilfe während einer Fertigung.

1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer elektrischen Komponente 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektrische Komponente 1 umfasst einen elektromagnetischen Aktuator 2, eine Elektronikeinheit 3, eine erste Ummantelung 4 und eine zweite Ummantelung 5. Die Elektronikeinheit 3 umfasst eine Platine 13, an der mittels Durchkontaktierens ein oder mehrere elektrisch leitende Stiftelemente 6 verbunden sind, und einen Hall-Sensor 14. Die Elektronikeinheit 3 ist vollständig von der ersten Ummantelung 4 umschlossen und steht nicht in direktem Kontakt mit der zweiten Ummantelung 5. Die Stiftelemente 6 ragen aus der ersten Ummantelung 4 heraus.
Die Stiftelemente 6 können vor einem ersten Umspritzen der Elektronikeinheit 3 mit einem ersten Kunststoff mittels Durchkontaktierens mit der Platine 13 verbunden werden. Alternativ können die Stiftelemente 6 erst nach dem ersten Umspritzen mittels Durchkontaktierens durch die erste Ummantelung 4 und die Platine 13 gesteckt um mit der Platine 13 verbunden zu werden. In beiden Weisen der Kontaktierung der Stiftelemente 6 mit der Platine 13 werden die Stiftelemente 6 durch die erste Ummantelung 4 abgestützt. Hierdurch können die Stiftelemente 6 größere Kräfte aufnehmen, als ohne eine Abstützung durch die erste Ummantelung 4. Insbesondere können die Stiftelemente 6 dem Druck während einer zweiten Umspritzung der ersten Ummantelung 4 mit einer zweiten Ummantelung 5 standhalten.
Die erste Ummantelung 4 ist aus einem ersten Kunststoff spritzgegossen, insbesondere aus einem Duroplast. Duroplasten sind gegenüber anderen Kunststoffen bereits bei geringen Drücken und Temperaturen spritzfähig und eignen sich daher für eine erste Umspritzung der Elektronikeinheit 3. Die zweite Ummantelung 5 ist aus einem zweiten Kunststoff spritzgegossen, insbesondere aus einem Thermoplast. Thermoplaste sind erst bei höheren Temperaturen und Drücken spritzfähig als Duroplaste und ermöglichen eine mediendichte Abdichtung der umspritzten Elemente. So ist im Ausführungsbeispiel der 1 die Elektronikeinheit 3 vollständig von der ersten Ummantelung 4 umschlossen und die erste Ummantelung 4 und der Aktuator 2 sind von der zweiten Ummantelung 5 mediendicht umschlossen.
Dadurch, dass der erste Kunststoff der ersten Ummantelung 4 bei einer geringeren Temperatur und bei einem geringeren Druck bereits spritzfähig ist, kann der erste Kunststoff direkt auf die Elektronikeinheit 3 aufgespritzt werden, ohne die Elektronikeinheit 3 dabei unzulässig zu belasten. Die erste Ummantelung 4 schützt nun die Elektronikeinheit 3 vor äußeren Einflüssen. Insbesondere schützt die erste Ummantelung 4 die Elektronikeinheit 3 vor unzulässig hohen Temperaturen und Drücken während der zweiten Umspritzung mit dem zweiten Kunststoff. Durch den Schutz der Elektronikeinheit 3 durch die erste Ummantelung 4 kann für die zweite Umspritzung ein Kunststoff, verwendet werden der erst bei höheren Drücken und Temperaturen als der erste Kunststoff spritzfähig wird. Hierdurch werden der Aktuator 2 und die erste Ummantelung 4 bei der zweiten Umspritzung höheren Belastungen aussetzt, als wenn der Aktuator 2 und die erste Ummantelung von einem Duroplasten umspritzt würden. Allerdings genügt eine zweite Umspritzung des Aktuator 2 und der ersten Ummantelung 4 mit einem Thermoplast um den Aktuator 2 und die erste Ummantelung 4 mediendicht abzudichten. Dafür muss der erste Kunststoff keine mediendichte Abdichtung gewährleisten, dies übernimmt bereits der zweite Kunststoff in der zweiten Umspritzung. Daher kann ein erster Kunststoff gewählt werden, der beim ersten Umspritzen die Elektronikeinheit 3 keinen unzulässigen Belastungen hinsichtlich Temperatur und Druck aussetzt. Dadurch, dass nur noch zwei Umspritzungen benötigt werden um den Aktuator 2 und die Elektronikeinheit 3 mediendicht abzudichten, wird der Herstellungsaufwand und die Herstellungsdauer verringert.
Der Aktuator 2 weist Spulen 22 auf, welche ein magnetisches Feld erzeugen um einen im Aktuator 2 befindliche Stelleinheit 17 zu verschieben. Bei der Erzeugung des magnetischen Feldes erwärmen sich die Spulen 22 und geben ihre Wärme an ihre Umgebung ab. Um einen Wärmetransport von der Spule 22 zur hitzeempfindlichen Elektronikeinheit 3 zu verringern, aber dennoch einen guten Wärmeabttransport aus der Spule 22 an die Umgebung der elektrischen Komponente 1 zu gewährleisten, weist der erste Kunststoff bevorzugt eine geringere Wärmeleitfähigkeit als der zweite Kunststoff auf.
Die zweite Ummantelung 5 weist zumindest eine erste Aussparung 7 auf, in der sich zumindest ein zweites hervorstehenden Verbindungselement 8 der ersten Ummantelung 4 befindet und die erste Aussparung 7 und das zweite Verbindungselement 8 zumindest teilweise formschlüssig verbunden sind, insbesondere bezüglich einer Radialrichtung der Aktuators 2. Hierbei ist die Verbindung zwischen der ersten Aussparung 7 und dem zweiten Verbindungselement 8 so ausgeprägt, dass eine Bewegung der ersten Ummantelung 4 relativ zu zweiten Ummantelung 5 während des zweiten Umspritzens unterbunden wird. Das zweite Verbindungselement 8 und die erste Aussparung 7 ermöglichen ein einfaches Zusammenstecken der zweiten Ummantelung 5 und der ersten Ummantelung 4 und ermöglichen hierdurch den Verzicht auf weitere Hilfselemente zur Fixierung der ersten Ummantelung 4 entlang einer Axialrichtung 100 des Aktuators 2 und der zweiten Ummantelung 5. Dies verringert die Herstellungsdauer und den Herstellungsaufwand.
Ebenso weist die zweite Ummantelung 5 ein erstes hervorgehobenes Verbindungselement 9, welches in eine zweite Aussparung 10 der ersten Ummantelung 4 eingeführt ist und das erste Verbindungselement 9 und die zweite Aussparung 10 zumindest teilweise formschlüssig verbunden sind. Hierbei ist die Verbindung zwischen der zweiten Aussparung 10 und dem ersten Verbindungselement 9 so ausgeprägt, dass eine Bewegung der ersten Ummantelung 4 relativ zur zweiten Ummantelung 5 während des zweiten Umspritzens unterbunden wird, insbesondere bezüglich der Radialrichtung 200 und/oder der Axialrichtung 100. Das erste Verbindungselement 9 und die zweite Aussparung 10 ermöglichen ein einfaches Zusammenstecken der zweiten Ummantelung 5 und der ersten Ummantelung 4, insbesondere in Axialrichtung 100, und ermöglichen hierdurch den Verzicht auf weitere Hilfselemente zur Fixierung der ersten Ummantelung 4 und der zweiten Ummantelung 5. Dies verringert die Herstellungsdauer und den Herstellungsaufwand.
Die Stelleinheit 17, welche durch den Aktuator 2 bewegt werden kann, weist an einem Ende einen Magnet 18 auf. Die erste Ummantelung 4 weist eine Magnetaussparung 16 auf in die hinein der Magnet 18 der Stelleinheit 17 einführbar ist. Die Magnetaussparung 16 weist eine Oberfläche 15 auf. Der Hall-Sensor 14 ist näher an der Oberfläche 15 angeordnet als die Platine 13 oder eine andere Komponente auf der Platine 13. Durch diese Anordnung kann die Feldstärke des Magnetfeldes besser gemessen werden, und dadurch die Position des Magneten 18 und der Stelleinheit 17 bestimmt werden, als wenn zwischen dem Hall-Sensor 14 und der Oberfläche 15 noch die Platine 13 läge.
2 zeigt eine schematische Ansicht der Elektronikeinheit 3. Die Elektronikeinheit 3 umfasst zumindest eine Platine 13 und einen Hall-Sensor 14. In dem gezeigten Beispiel sind fünf elektrisch leitende Stiftelemente 6 mit der Platine 13, insbesondere mittels Durchkontaktieren, elektrisch verbunden. Die Stiftelemente 6 versorgen die Platine 13 mit Strom und/oder dienen zum Datenaustausch mit der Platine 13. Der Hall-Sensor 14 ist mit der Platine 13 elektrisch verbunden, so dass die Messwerte des Hall-Sensors 14 an die Platine 13 übermittelt werden können.
3 zeigt eine schematische Ansicht der Elektronikeinheit 3 mit der ersten Ummantelung 4. Die Kontaktierung der Stiftelemente 6 mit der Platine 13 kann, wie in 2 gezeigt, vor einer ersten Umspritzung der Elektronikeinheit 3 erfolgen. Alternativ können die Stiftelemente 6 nach der ersten Umspritzung der Elektronikeinheit 3 durch die erste Ummantelung 4 und durch die Platine 13 gesteckt werden. In beiden Fällen der Verbindung der Stiftelemente 6 mit der Platine 13, vor oder nach der ersten Umspritzung, werden die Stiftelemente 6 durch die erste Ummantelung 4 abgestützt. Hierdurch können die Stiftelemente 6 größeren Kräften ausgesetzt werden, als wenn die Stiftelemente 6 nicht durch die Ummantelung 4 abgestützt würden. Insbesondere können die Stiftelemente 6 einem Druck während des zweiten Umspritzens standhalten. Die erste Ummantelung 4 umschließt die Elektronikeinheit 3 vollständig, so dass ein direkter Kontakt zwischen der Elektronikeinheit 3 und einer zweiten Ummantelung 5 verhindert wird.
Der Hall-Sensor 14 ist an der Platine 13 angeordnet, insbesondere ist der Hall-Sensor 14 mit der Platine 13 elektrisch verbunden. Über diese elektrische Verbindung können die Messwerte des Hall-Sensors 14 an die Platine 13 übermittelt werden. Die erste Ummantelung 4 weist ein Magnetaussparung 16 auf, in die hinein ein Magnet 18 an einer Stelleinheit 17 einführbar ist. Die Stelleinheit 17 kann durch den Aktuator 2 bewegt werden. Durch die Bewegung des Stelleinheit 17 wird der Magnet 18 in die Magnetaussparung 16 ein- bzw. ausgeführt. Die Magnetaussparung 16 weist eine Oberfläche 15 auf. Der Hall-Sensor 14 ist näher an der Oberfläche 15 angeordnet als die Platine 13 oder eine andere Komponente auf der Platine 13. Durch diese Anordnung kann die Feldstärke des Magnetfeldes besser gemessen werden, und dadurch die Position des Magneten 18 und der Stelleinheit 17 bestimmt werden, als wenn zwischen dem Hall-Sensor 14 und der Oberfläche 15 noch die Platine 13 läge.
Die erste Ummantelung 4 weist zur Positionierung und zur Fixierung dieser Position eine dritte Aussparung 11 auf. Die dritte Aussparung 11 ist so angeordnet, dass eine Positioniereinheit 12 in die dritte Aussparung 11 einführbar ist, insbesondere in Axialrichtung 100, und zwischen der Positioniereinheit 12 und der dritten Aussparung 11 zumindest ein teilweiser Formschluss besteht.
4 zeigt eine schematische Ansicht der elektronischen Komponente 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung während der Fertigung. In 4 erfüllt die Magnetaussparung 16 gleichzeitig die Funktion der dritten Aussparung 11. Beide Aussparung 11, 16 fallen zu einer Aussparung 11, 16 zusammen. Dies ist nicht notwendigerweise der Fall, die dritte Aussparung 11 könnte an beliebiger Stelle an der ersten Ummantelung 4 vorgesehen werden.
Nach dem ersten Umspritzen der Elektronikeinheit 3 wird die Elektronikeinheit 3 mit der ersten Ummantelung 4 am Aktuator 2 positioniert. Hierbei sind die Elektronikeinheit 3 und der Aktuator 2 so auszurichten, dass nach der zweiten Umspritzung die Stelleinheit 17 in den Aktuator 2 einführbar und gleichzeitig der Magnet 18 der Stelleinheit 17 in die Magnetaussparung 16 einführbar ist. Um die genau Ausrichtung der ersten Ummantelung 4 zum Aktuator 2 zu gewährleisten wird, wie in 4 dargestellt, die Positionierhilfe 12 durch die Aussparung 19 des Aktuators 2 in die dritte Aussparung 11 der ersten Ummantelung 4 eingeführt. Die Positionierhilfe 12 ist zumindest teilweise formschlüssig mit dem Aktuator 2 und der dritten Aussparung 11 verbunden, insbesondere bezüglich einer Radialrichtung 200. Hierdurch werden der Aktuator 2 und die erste Ummantelung 4 so fixiert, dass bei der zweiten Umspritzung des Aktuators 2 und der ersten Ummantelung 4 keine Verschiebung zwischen der ersten Ummantelung 4 und dem Aktuator 2 relativ zueinander erfolgt. Ist die zweite Ummantelung 5 nach der zweiten Umspritzung ausgekühlt bzw. ausgehärtert, sind der Aktuator 2 und die erste Ummantelung 4 durch die zweite Ummantelung so miteinander verbunden, dass die Positionierhilfe 12 aus der dritten Aussparung 11 und der Stelleinheitsaussparung 19 herausgezogen werden kann, ohne dass sich die erste Ummantelung 4 relativ zum Aktuator 2 verschiebt. Nach dem Entfernen der Positioniereinheit 12 wird die Stelleinheit 17 in die Stelleinheitsaussparung 19 des Aktuators 2 und hierbei der Magnet 18 in die Magnetaussparung 16 ohne Widerstand eingeführt. Die Stelleinheit kann nun durch den Aktuator 2 frei in der Axialrichtung 100 bewegt werden.
Bei der zweiten Umspritzung werden der Aktuator 2 und die erste Ummantelung 4 mediendicht umschlossen. Hierbei werden die Stiftelemente 6 nicht vollständig von der zweiten Ummantelung 5 umschlossen, so dass die Stiftelemente 6 weiterhin elektrisch kontaktiert werden können. Bevorzugt weist die zweite Ummantelung 5 um die Stiftelemente 6 herum eine Form eines Steckverbinders 20 auf, die eine Steckverbindung mit einem Gegensteckverbinder (hier nicht dargestellt) ermöglicht. So kann beispielsweise eine externe Einheit (nicht gezeigt) mit den Stiftelementen 6 elektrisch kontaktiert werden. Über die Stiftelemente 6 kann die Elektronikeinheit 3 mit Strom von der externen Einheit versorgt werden. Ebenso können Daten zwischen der externen Einheit und der Elektronikeinheit 3 ausgetauscht werden.
Des Weiteren weist die zweite Ummantelung 5 eine Zugangsaussparung 21 auf, welche koaxial zur Stelleinheitsaussparung 19 angeordnet und mit der Stelleinheitsaussparung 19 verbunden ist. Die Zugangsaussparung 21 der zweiten Ummantelung 5 ermöglicht es die Positionierhilfe 12 aus der Stelleinheitsaussparung 19 und der dritten Aussparung 11 zu entfernen. Ebenso kann durch die Zugangsaussparung 21 die Stelleinheit 17 mit dem Magneten 18 in die Stelleinheitsaussparung 19 und in die Magnetaussparung 16 eingeführt werden. Darüber hinaus kann die zweite Ummantelung 5 weitere funktionale Merkmale aufweisen, so können ein oder mehrere Innengewinde für Schraubverbinden und Flächen zur Kontaktierung mit Flächen anderen Umgebungselemente vorgesehen werden.
Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 4 Bezug genommen.
Bezugszeichenliste

1: elektronische Komponente
2: elektromagnetischer Aktuator
3: Elektronikeinheit
4: erste Ummantelung
5: zweite Ummantelung
6: elektrische leitende Stiftelemente
7: erste Aussparung
8: zweites hervorstehendes Verbindungselement
9: erstes hervorstehendes Verbindungselement
10: zweite Aussparung
11: dritte Aussparung
12: Positionierhilfe
13: Platine
14: Hall-Sensor
15: Oberfläche
16: Magnetaussparung
17: Stelleinheit
18: Magnet
19: Stelleinheitsaussparung
20: Steckverbinder
21: Zugangsaussparung
22: Spule
100: Axialrichtung
200: Radialrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2019/162084 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Komponente (1), welche zumindest einen elektromagnetischen Aktuator (2) und eine Elektronikeinheit (3) aufweist, wobei das Verfahren umfasst: - ein erstes Umspritzen der Elektronikeinheit (3) mit einem ersten Kunststoff zur Herstellung einer ersten Ummantelung (4) der Elektronikeinheit (3), und - ein zweites Umspritzen der ersten Ummantelung (4) gemeinsam mit dem elektromagnetischen Aktuator (2) zur Herstellung einer zweiten Ummantelung (5) der Elektronikeinheit (3) und des elektromagnetischen Aktuators (4), wobei - der erste Kunststoff mit einer geringeren Temperatur und/oder einem geringen Druck gespritzt wird als der zweite Kunststoff; - die erste Umspritzung so ausgeführt wird, dass die erste Ummantelung (4) die Elektronikeinheit (3) so umschließt, so dass bei der zweiten Umspritzung die Elektronikeinheit (3) nicht von der zweiten Ummantelung (5) berührt wird, und - die zweite Umspritzung so ausgeführt wird, dass der elektromagnetische Aktuator (2) und die Elektronikeinheit (3) mit der ersten Ummantelung (4) von der zweiten Ummantelung (5) mediendicht umschlossen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest zwei elektrisch leitende Stiftelemente (6), insbesondere mittels Durchkontaktierens, mit der Elektronikeinheit (3) vor dem ersten Umspritzen verbunden werden und die Elektronikeinheit (3) im ersten Umspritzen von der ersten Ummantelung (4) vollständig umschlossen wird, wobei die elektrisch leitenden Stiftelemente (6) aus der ersten Ummantelung (4) herausragen, oder nach dem ersten Umspritzen die elektrisch leitenden Stiftelemente (6), insbesondere mittels Durchkontaktierens, mit der Elektronikeinheit (3) verbunden werden, indem die Stiftelemente (6) durch die erste Ummantelung (4) gepresst werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der elektromagnetische Aktuator (2) zumindest eine erste Aussparung (7) aufweist und die erste Ummantelung (4) in der ersten Umspritzung in eine solche Form gespritzt wird, dass die erste Ummantelung (4) zumindest ein zweites hervorstehendes Verbindungselement (8) aufweist, welches in die zumindest eine ersten Aussparung (7) des elektromagnetische Aktuators (2) einfügbar ist, und/oder der elektromagnetische Aktuator (2) zumindest ein erstes hervorstehendes Verbindungselement (9) aufweist und die erste Ummantelung (4) zumindest eine zweite Aussparung (10) aufweist, in welche das erste Verbindungselement (9) des elektromagnetische Aktuators (2) einfügbar ist, so dass bei einer Verbindung zwischen dem ersten Verbindungselement (9) und der zweiten Aussparung (10) und/oder einer Verbindung zwischen der ersten Aussparung (7) und dem zweiten Verbindungselement (8) ein zumindest teilweiser Formschluss besteht.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Ummantelung (4) in der ersten Umspritzung in eine solche Form gespritzt wird, dass die erste Ummantelung (4) zumindest eine dritte Aussparung (11), in welche eine Positionierhilfe (12) einführbar ist, aufweist und/oder dass die erste Ummantelung (4) ein drittes hervorstehendes Verbindungselement, welches in die Positionierhilfe (12) einführbar ist, aufweist, sodass bei einer Verbindung zwischen der Positionierhilfe (12) und der dritten Aussparung (11) und/oder dem dritten Verbindungselement ein zumindest teilweiser Formschluss besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei die erste Ummantelung (4) nach dem ersten Umspritzen durch eine Einführung des zweiten Verbindungselements (8) in die erste Aussparung (7) und/oder durch eine Einführung des ersten Verbindungselements (9) in die zweite Aussparung (10) mit dem elektromagnetischen Aktuator (2) verbunden wird und/oder die erste Ummantelung (4) nach dem ersten Umspritzen durch eine Einführung des dritten Verbindungselements in die Positionierhilfe (12) und/oder durch eine Einführung der Positionierhilfe (12) in die dritte Aussparung (11) die erste Umspritzung mit der Positionierhilfe (12) verbunden wird und danach die zweite Umspritzung durchgeführt wird.
Elektronische Komponente (1) umfassend: - einen elektromagnetischen Aktuator (2); - eine Elektronikeinheit (3), die von einer ersten Ummantelung (4) aus einem ersten gespritzten Kunststoff umgeben ist, und - eine zweite Ummantelung (5) aus einem zweiten gespritzten Kunststoff, welche die erste Ummantelung (4) und den Aktuator (2) umgibt, wobei - der erste Kunststoff bei einer geringeren Temperatur und/oder mit einem geringeren Druck spritzfähig ist als der zweite Kunststoff; - die erste Ummantelung (4) die Elektronikeinheit (3) so umschließt, dass die zweite Ummantelung (4) die Elektronikeinheit (3) nicht direkt berührt, und - die zweite Ummantelung (5) den elektromagnetischen Aktuator (2), die Elektronikeinheit (3) mit der ersten Ummantelung (4) mediendicht umschließt.
Elektronische Komponente (1) nach Anspruch 6, wobei zumindest zwei elektrisch leitende Stiftelemente (6) mit der Elektronikeinheit (3) verbunden sind, wobei die elektrisch leitenden Stiftelemente (6) aus der ersten Ummantelung (4) herausragen.
Elektronische Komponente (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei der elektromagnetische Aktuator (2) zumindest eine erste Aussparung (7) und die erste Ummantelung (4) zumindest ein zweites hervorstehendes Verbindungselement (8) aufweist, und/oder der elektromagnetische Aktuator (2) zumindest ein erstes hervorstehendes Verbindungselement (10) und die erste Ummantelung (4) zumindest eine zweite Aussparung (9) aufweist, wobei das erste Verbindungselement (10) mit der zweiten Aussparung (9) und/oder die erste Aussparung (7) mit dem zweiten Verbindungselement (8) so miteinander verbindbar sind, dass zumindest ein teilweiser Formschluss besteht.
Elektronische Komponente (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die erste Ummantelung (4) zumindest ein drittes hervorstehendes Verbindungselement aufweist, welches in eine Positionierhilfe (12) einführbar ist, und/oder die erste Ummantelung (4) zumindest eine dritte Aussparungen (11) aufweist, in welche eine Positionierhilfe (12) einführbar ist, sodass bei einer Verbindung zwischen der Positionierhilfe (12) und dem dritten Verbindungselement und/oder der dritten Aussparung (12) zumindest ein teilweiser Formschluss besteht.
Elektronische Komponente (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Elektronikeinheit (3) eine Platine (13) mit einem Hall-Sensor (14) aufweist, und wobei der Hall-Sensor (14) näher an einer Oberfläche (15) der ersten Ummantelung (4) angeordnet ist als die Platine (13) oder eine andere Komponente auf der Platine (13).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder elektronische Komponente nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der erste Kunststoff eine geringere Wärmeleitfähigkeit als der zweite Kunststoff aufweist und/oder wobei der erste Kunststoff ein Duroplast und/oder wobei der zweite Kunststoff ein Thermoplast ist.