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Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Sensoreinheit. Die Sensoreinheit kann beispielsweise als Drehzahlsensor für ein Fahrzeugrad oder für eine drehbare Welle im Fahrzeug eingesetzt werden.
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Aus der
DE 102 22 204 A1 sind eine Halterung für eine Sensoreinheit und ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoreinheit bekannt. Hierbei werden in einem ersten Arbeitsgang ein Sensorelement und eine Auswerteelektronik durch Schweißen, Löten, Crimpen oder Kleben elektrisch und mechanisch an Stromschienen befestigt, welche über Verbindungsstege miteinander verbunden sind. In einem zweiten Arbeitsgang werden die Stromschienen mit den an ihnen gehaltenen Elementen in ein Spritzwerkzeug eingelegt und in einem ersten Spritzvorgang mit Kunststoff umspritzt. In einem dritten Arbeitsgang werden die Verbindungsstege entfernt. In einem vierten Arbeitsgang werden an den aus dem Gehäuse herausragenden Enden der Stromschienen, welche einen externen Anschluss ausbilden, jeweils eine elektrische Leitung oder auch Steckerkontakte durch Schweißen, Löten, Crimpen, oder Kleben angeschlossen. In einem abschließenden Arbeitsgang, dem sogenannten Endumspritzen wird die endgültige Außengeometrie der Sensoreinheit erzeugt und gleichzeitig werden die inneren elektronischen Bauteile vor Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit geschützt.
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Aus der
DE 10 2005 012 709 A1 ist ein Magnetfeldsensor, insbesondere ein Drehzahl- und/oder Drehrichtungssensor für ein Fahrzeugrad oder für den Triebstrang eines Fahrzeugs bekannt. Der Magnetfeldsensor ist insgesamt mit einer Umhüllung aus thermoplastischem Kunststoff umspritzt. Im Inneren sitzt ein ebenfalls aus thermoplastischem Kunststoff gespritzter Halter, welcher Anschmelzrippen zur sicheren Einbindung des Halters in die Umhüllung aufweist. Als thermoplastischer Kunststoff sowohl für die Umhüllung wie auch für den Halter dient jeweils der gleiche Polyamid-Werkstoff. In ein anschlussseitige Ende des Halters ist sind zwei Adern eines Anschlusskabels eingespritzt, deren abisolierte Enden mittels jeweils einer Crimpverbindung mit Stromschienen verbunden sind. Diese Stromschienen sind zunächst zur Erleichterung der Positionierung der elektrischen Anschlussteile einteilig und werden anschließend durch das Trennen der Verbindungsteile elektrisch gegeneinander isoliert. Die freien Enden der Stromschienen sind im Bereich einer fensterartigen Öffnung im Halter durch Schweißen oder Löten mit Anschlussleitungen eines IC-Sensorelementes verbunden. Zudem weist der Halter eine taschenartige Aussparung im Bereich seiner leseseitigen Stirnfläche auf, in welcher das Sensorelement eingesetzt ist und bei der abschließenden Umspritzung mit Kunststoff zumindest in Spritzdruckrichtung abgestützt und somit gegen mechanische Beschädigung geschützt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Sensoreinheit mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und das Verfahren zur Herstellung einer Sensoreinheit mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 8 haben jeweils den Vorteil, dass die eigentliche Dichtfunktion von der Konstruktionsvarianz des Gehäuses entkoppelt ist. Dadurch ergibt sich eine funktionelle Aufteilung zwischen der Abdichtung und der Gehäuseform, so dass der Abdichtungsvorgang im ersten Spritzvorgang getrennt von der Formgebung des Gehäuses optimiert werden kann. Zudem kann die Gehäuseform unabhängig von der Abdichtung an unterschiedliche Anwendungen und Einbausituationen angepasst werden. Des Weiteren kann auf die bekannten Dichtungsrippengeometrien und die im Stand der Technik verwendeten Halter verzichtet werden. Die Verbindung zwischen der Kapsel und dem Gehäuse kann beispielsweise auf der Ausnutzung von Adhäsion, bipolaren Kräften oder Kovalenzbindungen oder auf einer Kombination der genannten Effekte basieren.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Sensoreinheit zur Verfügung, welche mindestens einen Sensor und mindestens zwei Stromschienen umfasst. Hierbei ist eine Sensoraufnahme an ersten Enden der mindestens zwei Stromschienen ausgebildet und eine externe elektrische Schnittstelle für ein Anschlusskabel oder eine Steckeraufnahme ist an zweiten Enden der mindestens zwei Stromschienen ausgebildet. In einem Abschnitt zwischen den beiden Enden der mindestens zwei Stromschienen ist eine interne elektrische Schnittstelle zur Kontaktierung des mindestens einen Sensors ausgebildet, wobei der mindestens eine Sensor von der Sensoraufnahme gehalten und mit der internen elektrischen Schnittstelle kontaktiert ist. Eine spritztechnisch hergestellte Kapsel aus einem ersten Kunststoffmaterial gibt eine äußere Form eines Sensorkopfs vor und umhüllt die mindestens zwei Stromschienen teilweise so, dass die externe elektrische Schnittstelle mit kontaktierten Adern des Anschlusskabels oder mit kontaktierten Kontaktelementen der Steckeraufnahme zumindest teilweise frei und zugänglich ist und die interne elektrische Schnittstelle und der positionierte und kontaktierte mindestens eine Sensor mediendicht innerhalb der Kapsel angeordnet sind. Ein spritztechnisch hergestelltes Gehäuse aus einem zweiten Kunststoffmaterial gibt eine äußere Form der Sensoreinheit vor und umhüllt die externe elektrische Schnittstelle vollständig und einen Abschnitt des Anschlusskabels oder der Kontaktelemente der Steckeraufnahme zumindest teilweise so, dass der Sensorkopf und das Gehäuse an mindestens einem Dichtbereich gegeneinander abgedichtet sind. Das erste Kunststoffmaterial der Kapsel des Sensorkopfs ist mit niedrigeren Drücken und/oder Temperaturen als das zweite Kunststoffmaterial des Gehäuses verarbeitbar.
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Zudem wird ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Sensoreinheit vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen von mindestens zwei Stromschienen, welche über mindestens einen Verbindungssteg miteinander verbunden sind und an ersten Enden eine Sensoraufnahme und an zweiten Enden eine externe elektrische Schnittstelle für ein Anschlusskabel oder eine Steckeraufnahme ausbilden und in einem Abschnitt zwischen den beiden Enden eine interne elektrische Schnittstelle aufweisen. Einsetzen und Positionieren mindestens eines Sensors in die Sensoraufnahme an den mindestens zwei Stromschienen und Kontaktieren des mindestens einen Sensors mit ersten Kontaktmitteln der mindestens zwei Stromschienen, welche die interne elektrische Schnittstelle ausbilden. Einlegen der mindestens zwei Stromschienen mit dem positionierten und kontaktierten mindestens einen Sensor in eine Kavität eines ersten Spritzwerkzeugs, welche eine Form einer Kapsel eines Sensorkopfs vorgibt. Ausführen eines ersten Spritzvorgangs mit einem ersten Kunststoffmaterial derart, dass das erste Kunststoffmaterial im ausgehärteten Zustand die interne elektrische Schnittstelle und den positionierten und kontaktierten mindestens einen Sensor mediendicht und umschließt und einen gegen das Gehäuse abdichtbaren Sensorkopf ausbildet und die externe elektrische Schnittstelle zumindest teilweise freibleibt. Verbinden von Adern eines Anschlusskabels oder von Kontaktelementen der Steckeraufnahme mit zweiten Kontaktmitteln der mindestens zwei Stromschienen welche die externe elektrische Schnittstelle ausbilden. Einlegen der Kapsel mit dem kontaktierten Anschlusskabel oder den kontaktierten Kontaktelementen der Steckeraufnahme in eine Kavität eines zweiten Spritzwerkzeugs, welche eine Form eines Gehäuses der Sensoreinheit vorgibt, und Ausführen eines zweiten Spritzvorgangs mit einem zweiten Kunststoffmaterial derart, dass das ausgehärtete spritztechnisch hergestellte Gehäuse die externe elektrische Schnittstelle vollständig und einen Abschnitt des Anschlusskabels oder der Kontaktelemente der Steckeraufnahme zumindest teilweise so umhüllt, dass der Sensorkopf und das Gehäuse an mindestens einem Dichtbereich gegeneinander abgedichtet sind. Hierbei wird das erste Kunststoffmaterial der Kapsel des Sensorkopfs mit niedrigeren Drücken und/oder Temperaturen als das zweite Kunststoffmaterial des Gehäuses in das korrespondierende Spritzwerkzeug eingebracht.
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Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen eine modulare Fertigung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit. So kann beispielsweise der Sensorkopf mit der Kapsel als Zulieferteil in verschiedenen Ausführungsformen gefertigt werden. Die Bestückung des Sensorkopfs mit dem mindestens einen Sensor und der erste Spritzvorgang zur mediendichten Umhüllung des mindestens einen Sensors und der internen elektrischen Schnittstelle kann dann für die verschiedenen Ausführungsformen des Gehäuses standardisiert werden. Durch die Standardisierung des Bestückungsvorgangs und des ersten Spritzvorgangs können Varianz bzw. Ausführungsvielfalt bzw. Ausführungsvarianten reduziert werden. Zudem können bei der Sensorkopffertigung Sensoren mit verschiedenen Formen und Abmessungen in einem grundlegenden Sensordesign durch Austausch eines Formwerkzeugeinsatzes realisiert werden. So kann beispielsweise ein modulares Werkzeugdesign mit standardisierten Einsätzen für verschiedene Sensoren umgesetzt werden, und Werkzeugkosten für die Positionierung von verschiedenen Sensoren können eingespart werden. Durch das Einsetzen und Kontaktieren des Sensors mit den Stromschienen vor dem ersten Spritzvorgang des Gehäuses kann auf Halterungen bzw. besondere Haltewerkzeuge für den Sensor während des ersten Spritzvorgangs verzichtet werden. Durch den zweiten Spritzvorgang können dann Gehäuse mit unterschiedlichen Anschlussbereichen, wie beispielsweise mit einer Kabelaufnahme oder einer Steckeraufnahme, sowie mit unterschiedlichen Befestigungsvorrichtungen realisiert werden. Durch den abschließenden zweiten Spritzvorgang kann das Gehäuse mediendicht mit der standardisierten Kapsel des Sensorkopfs verbunden werden. Zudem kann auch der zweite Spritzvorgang für verschiedene Gehäuseformen standardisiert werden. Des Weiteren ist durch die im zweiten Spritzvorgang realisierte Abdichtung nur eine einmalige Dichtigkeitsüberprüfung nach dem zweiten Spritzvorgang erforderlich. Durch das damit erzielte standardisierte Abdichtungskonzept wird eine gemeinsame Produktionslinie für kabelgebundene oder direkt angeschlossene Ausführungsformen der Sensoreinheit ermöglicht. Da das erste Kunststoffmaterial für die Kapsel im ersten Spritzvorgang mit niedrigeren Drücken und/oder Temperaturen als das zweite Kunststoffmaterial für das Gehäuse im zweite Spritzvorgang in das korrespondierende Spritzwerkzeug eingebracht wird, kann eine zu hohe mechanische und/oder thermische Belastung des mindestens einen Sensors während des ersten Spritzvorgangs in vorteilhafter Weise verhindert werden.
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Unter einer Sensoreinheit wird vorliegend eine Baueinheit verstanden, welche mindestens einen Sensor umfasst, welcher eine physikalische Größe bzw. eine Änderung einer physikalischen Größe direkt oder indirekt erfasst und vorzugsweise in ein elektrisches Sensorsignal umwandelt. Dies kann beispielsweise über das Aussenden und/oder das Empfangen von Schallwellen und/oder elektromagnetischen Wellen und/oder über ein Magnetfeld bzw. die Änderung eine Magnetfeldes erfolgen. Der mindestens eine Sensor kann beispielsweise auf ein wechselndes Magnetfeld reagieren und diese Magnetfeldänderungen dann direkt in ein elektrisches Signal umwandeln und ein Hallsensorelement oder ein magnetoresistives Sensorelement oder ein induktives Sensorelement umfassen, welches die Änderung eines Magnetfeldes beispielsweise über die durch magnetische Induktion entstehende Spannung registriert. Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoreinheit können beispielsweise zur Messung von Drehzahlen und/oder Drehrichtungen im Fahrzeug eingesetzt werden. Je nach Anwendungsfall kann die Sensoreinheit als Drehzahlfühler an den Rädern für ein Antiblockierbremssystem (ABS), als Drehzahl- und Phasengeber für eine Motorsteuerung oder als Lenkwinkelsensor für sogenannte Fahrdynamikregelsysteme und für elektrische Lenkhilfen eingesetzt werden. Der Sensor ist üblicherweise als integrierter Elektronikschaltkreis (IC) mit mindestens einem integrierten Sensorelement aufgebaut und kann auch als Sensorchip bezeichnet werden. Diese Magnetfeldänderungen können beispielsweise durch ein relativ zu dem mindestens einen Sensor bewegtes Impulsrad oder Linearelement erzeugt werden. Dadurch kann der mindestens eine Sensor daraus ein elektrisches Signal zur Ermittlung eines relativ zum Sensor zurückgelegten Wegs, einer Geschwindigkeit, einer Beschleunigung, eines Beschleunigungsgradienten und/oder eines Drehwinkels erzeugen.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Sensoreinheit und des im unabhängigen Patentanspruch 8 angegebenen Verfahrens möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass der mindestens eine Dichtbereich als Überlappungsbereich ausgeführt sein kann, an welchem das Gehäuse die Kapsel des Sensorkopfs überlappt. Ein solcher Überlappungsbereich erleichtert die Abdichtung zwischen der Kapsel und dem Gehäuse. Zudem kann der Überlappungsbereich zur Verbesserung der Verbindung und der Abdichtung zwischen der Kapsel und dem Gehäuse vorbehandelt werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoreinheit können als Kontaktflächen ausgeführte erste Kontaktmittel die interne elektrische Schnittstelle ausbilden. Dadurch können Anschlusskontakte des mindestens einen Sensors einfach durch Löten oder Widerstandsschweißen mit den Kontaktflächen elektrisch kontaktiert werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoreinheit können an den zweiten Enden der mindestens zwei Stromschienen als Kontaktflächen oder als Crimphülsen oder als Kontaktstege oder als Steckkontakte ausgeführte zweite Kontaktmittel angeordnet sein, welche die externe elektrische Schnittstelle ausbilden. Bei der Ausführung der zweiten Enden als Kontaktflächen können die abisolierten Enden der Adern des Anschlusskabels oder die Kontaktelemente des mindestens einen Steckeranschlusses einfach durch Löten oder Widerstandsschweißen mit den mindestens zwei Stromschienen elektrisch kontaktiert werden. Bei der Ausführung der zweiten Enden als Crimphülsen können die abisolierten Enden der Adern des Anschlusskabels oder die Kontaktelemente der Steckeraufnahme durch Crimpverbindungen mit den mindestens zwei Stromschienen elektrisch kontaktiert werden. Bei der Ausführung der zweiten Enden als Kontaktstege können die abisolierten Enden der Adern des mindestens einen Anschlusskabels oder die Kontaktelemente der Steckeraufnahme durch Spleißverbindungen oder durch Crimpverbindungen mit den Stromschienen elektrisch kontaktiert werden. Bei einer solchen Spleißverbindung können die als Kontaktstege ausgeführten zweiten Enden der Stromschienen und die abisolierten Enden der Adern des mindestens einen Anschlusskabels oder die Kontaktelemente der Steckeraufnahme aufeinandergelegt werden. Dieser Verbund kann dann mit einer abgelängten Spleißhülle umwickelt und nach dem Umwickeln gequetscht werden. Bei einer solchen Crimpverbindung können die als Kontaktstege ausgeführten zweiten Enden der Stromschienen und die abisolierten Enden der Adern des mindestens einen Anschlusskabels oder die Kontaktelemente der Steckeraufnahme aufeinandergelegt werden. Auf diesen Verbund kann dann eine offene Crimphülse aufgeschoben und danach gequetscht werden. Bei der Ausführung der zweiten Enden als Steckkontakte können diese direkt als Kontaktelemente für die Steckeraufnahme verwendet werden. Alternativ können die Kontaktelemente der Steckeraufnahme beispielsweise als Stromschienen ausgeführt sein, welche an einem Ende Steckkontakte der Steckeraufnahme ausbilden und am anderen Ende beispielsweise als Kontaktstege ausgeführt sein können. Die Kontaktstege der Kontaktelemente können dann an der externen elektrischen Schnittstelle der mindestens zwei Stromschienen über Spleißverbindungen oder Crimpverbindungen mit den als Kontaktstege ausgeführten zweiten Kontaktmitteln der mindestens zwei Stromschienen verbunden werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoreinheit kann eine Befestigungsvorrichtung an das Gehäuse angeformt sein und eine Befestigungslasche oder Rastmittel umfassen. Umfasst die an das Gehäuse angeformte Befestigungsvorrichtung eine Befestigungslasche, dann kann die korrespondierende Sensoreinheit am Einbauort, wie beispielsweise einem Achsschenkel, verschraubt werden.
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Umfasst die an das Gehäuse angeformte Befestigungsvorrichtung Rastmittel, so kann die Sensoreinheit beispielsweise in eine Aufnahmebohrung eingeführt und verrastet werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoreinheit kann das erste Kunststoffmaterial für die Kapsel des Sensorkopfs ein Duroplast sein. Das zweite Kunststoffmaterial für das Gehäuse kann ein Thermoplast, insbesondere ein Polybutylenterephthalat (PBT) oder ein Polyamid (PA) sein. Zur Verbesserung der Verbindungsfähigkeit können reaktive Bindungsstoffe in das erste Kunststoffmaterial für die Kapsel und/oder in das zweite Kunststoffmaterial für das Gehäuse beigemischt werden
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In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann der mindestens eine Verbindungssteg zwischen den mindestens zwei Stromschienen vor dem zweiten Spritzvorgang durchtrennt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann der mindestens eine Dichtbereich an Kontaktbereichen der Kapsel mit dem Gehäuse vor dem Kontaktieren der externen elektrischen Schnittstelle mit den Adern des Anschlusskabels oder mit den Kontaktelementen der Steckeraufnahme zur Steigerung einer Verbindung zwischen der Kapsel und dem Gehäuse vorbehandelt werden. So kann zur Verbesserung der Verbindungsfähigkeit der mindestens eine Dichtbereich der Kapsel beispielweise durch Sandstrahlen oder Fräsen oder durch Laserstrukturierung aufgeraut und/oder gezielt strukturiert werden. Dadurch kann die auf der Ausnutzung von Adhäsion, bipolaren Kräften und/oder Kovalenzbindungen basierende Verbindung zwischen der Kapsel und dem Gehäuse verbessert werden. Zusätzlich oder alternativ kann der mindestens eine Dichtbereich der Kapsel beispielsweise plasmagereinigt und/oder plasmaaktiviert werden. Durch die Aktivierung der Oberfläche des mindestens einen Dichtbereichs der Kapsel kann die Benetzbarkeit und damit die Verbindungsfähigkeit des mindestens einen Dichtbereichs mit dem zweiten Kunststoffmaterial deutlich verbessert werden. Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Dichtbereich der Kapsel beispielsweise mit einem Haftvermittler bzw. Primer beschichtet werden, welcher die Adhäsionseigenschaften von Oberflächen verbessern kann. Zusammenfassend können durch eine Erhöhung der Haftfestigkeit die Verbindung zwischen dem Dichtbereich der Kapsel und dem zweiten Kunststoffmaterial und somit auch die Beständigkeit gegen Wasser und Chemikalien erhöht werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen kabelgebundenen Sensoreinheit.
- 2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit mit einer Steckeraufnahme.
- 3 zeigt eine schematische Darstellung von Stromschienen mit einer internen und einer externen elektrischen Schnittstelle für die erfindungsgemäßen Sensoreinheiten aus 1 oder 2.
- 4 zeigt eine schematische Darstellung der Stromschienen aus 3 mit einem eingelegten und kontaktierten Sensor.
- 5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Sensorkopfs mit einer Kapsel aus einem ersten Kunststoffmaterial für die erfindungsgemäßen Sensoreinheiten aus 1 oder 2.
- 6 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Anschlusskabels und zwei Crimphülsen, welche bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit aus 1 mit einer externen elektrischen Schnittstelle des Sensorkopfs aus 5 kontaktiert werden.
- 7 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung von Kontaktelementen einer Steckeraufnahme und zwei Spleißhüllen, wobei die Kontaktelemente der Steckeraufnahme bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit aus 2 mit einer externen elektrischen Schnittstelle des Sensorkopfs aus 5 kontaktiert werden.
- 8 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Sensoreinheiten aus 1 oder 2.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Wie aus 1 bis 7 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit 1, 1A, 1B jeweils mindestens einen Sensor 26 und mindestens zwei Stromschienen 12. Eine Sensoraufnahme 15 ist an ersten Enden der mindestens zwei Stromschienen 12 ausgebildet und eine externe elektrische Schnittstelle 9B für ein Anschlusskabel 3 oder eine Steckeraufnahme 7B ist an zweiten Enden der mindestens zwei Stromschienen 12 ausgebildet. In einem Abschnitt zwischen den beiden Enden der mindestens zwei Stromschienen 12 ist eine interne elektrische Schnittstelle 9A zur Kontaktierung des mindestens einen Sensors 26 ausgebildet. Der mindestens eine Sensor 26 ist von der Sensoraufnahme 15 gehalten und mit der internen elektrischen Schnittstelle 9A kontaktiert. Eine spritztechnisch hergestellte Kapsel 22 aus einem ersten Kunststoffmaterial gibt eine äußere Form eines Sensorkopfs 20 vor und umhüllt teilweise die mindestens zwei Stromschienen 12 so, dass die externe elektrische Schnittstelle 9B mit kontaktierten Adern 5 des Anschlusskabels 3 oder mit kontaktierten Kontaktelementen 8 der Steckeraufnahme 7B zumindest teilweise frei und zugänglich ist und die interne elektrische Schnittstelle 9A und der positionierte und kontaktierte mindestens eine Sensor 26 mediendicht innerhalb der Kapsel 22 angeordnet sind. Ein spritztechnisch hergestelltes Gehäuse 10, 10A, 10B aus einem zweiten Kunststoffmaterial gibt eine äußere Form der Sensoreinheit 1, 1A, 1B vor und umhüllt die externe elektrische Schnittstelle 9B vollständig und einen Abschnitt des Anschlusskabels 3 oder der Kontaktelemente 8 der Steckeraufnahme 7B zumindest teilweise so, dass der Sensorkopf 20 und das Gehäuse 10, 10A, 10B an mindestens einem Dichtbereich 24 gegeneinander abgedichtet sind. Hierbei ist das erste Kunststoffmaterial der Kapsel 22 des Sensorkopfs 20 mit niedrigeren Drücken und/oder Temperaturen als das zweite Kunststoffmaterial des Gehäuses 10, 10A, 10B verarbeitbar.
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In den dargestellten Ausführungsbeispielen wird als erstes Kunststoffmaterial für die Kapsel 22 des Sensorkopfs 20 ein Duroplast verwendet. Als zweites Kunststoffmaterial für das Gehäuse 10, 10A, 10B wird ein Thermoplast, insbesondere ein Polybutylenterephthalat (PBT) oder ein Polyamid (PA) verwendet. Zur Verbesserung der Verbindungsfähigkeit können reaktive Bindungsstoffe in das erste Kunststoffmaterial für die Kapsel 22 des Sensorkopfs 20 und/oder in das zweite Kunststoffmaterial für das Gehäuse 10, 10A, 10B beigemischt werden.
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In den dargestellten Ausführungsbeispielen umfassen die Sensoreinheiten 1, 1A, 1B jeweils einen Sensor 26, welcher als Sensorchip 26A ausgeführt ist und beispielsweise ein Hallsensorelement oder ein magnetoresistives Sensorelement umfasst. Die Sensoreinheiten 1, 1A, 1B werden vorzugsweise als Drehzahlsensoren zur Erfassung von Drehbewegungen eines Fahrzeugrads oder einer Welle eingesetzt.
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Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, ist eine Befestigungsvorrichtung 17 an das Gehäuse 10, 10A, 10B angeformt, welche eine Befestigungslasche 17A und eine in die Befestigungslasche 17A integrierte Buchse 18 umfasst. Zur Befestigung der Sensoreinheit 1, 1A, 1B kann eine nicht dargestellte Schraube durch die Buchse 18 geführt werden und die Sensoreinheit 1, 1A, 1B am Einbauort, beispielsweise mit einem Achsschenkel verschraubt werden. Bei alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispielen der Sensoreinheit 1 können anstelle der Befestigungslasche 17A beispielsweise Rastmittel als Befestigungsvorrichtung 17 an das Gehäuse 10 angeformt werden. Bei diesen Ausführungsbeispieten kann die Sensoreinheit 1 beispielsweise in eine Aufnahmebohrung eingeführt und verrastet werden.
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Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, ist die Sensoreinheit 1 im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel als kabelgebundene Sensoreinheit 1A ausgeführt, welche an der externen elektrischen Schnittstelle 9B mit einem Anschlusskabel 3 kontaktiert ist. Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, ist die Sensoreinheit 1 im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel als Sensoreinheit 1B mit einer Steckeraufnahme 7B ausgeführt, welche an der externen elektrischen Schnittstelle 9B mit Kontaktelementen 8 der Steckeraufnahme 7B kontaktiert ist.
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Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, ist der Sensor 26 in die Sensoraufnahme 15 eingelegt, welche durch Biegen der ersten Enden der mindestens zwei Stromschienen 12 ausgebildet wird. In den Abschnitten zwischen den beiden Enden der beiden Stromschienen 12 sind als Kontaktflächen 13A ausgeführte erste Kontaktmittel 13 ausgebildet. Dadurch wird die Herstellung der elektrischen Kontaktierung von Anschlusskontakten 28 des Sensors 26 mit den Kontaktflächen 13A der Stromschienen 12, beispielsweise durch Widerstandsschweißen oder Löten erleichtert. An den zweiten Enden der beiden Stromschienen 12 sind als Kontaktstege 14A ausgeführte zweite Kontaktmittel 14 ausgebildet, welche bei der Herstellung der in 1 dargestellten kabelgebundenen Sensoreinheit 1A jeweils über Crimphülsen 16A mit einem abisolierten Ende einer Ader 5 eines in 6 dargestellten Anschlusskabels 3 verbunden werden. Hierzu werden die abisolierten Enden der Adern 5 auf die Kontaktstege 14A gelegt und die offene Crimphülse 16A über die Adern 5 und Kontaktstege 14A geschoben und anschließend gequetscht. Zur Herstellung der in 2 dargestellten Sensoreinheit 1B mit Steckeraufnahme 7B, werden die als Kontaktstege 14A ausgeführte zweite Kontaktmittel 14 jeweils über Spleißhüllen 16B mit Kontaktstegen 8.1 an einem ersten Ende der als Stromschienen 8A ausgebildeten in 7 dargestellten Kontaktelementen 8 der Steckeraufnahme 7B verbunden. Hierzu werden die Kontaktstege 8.1 der Kontaktelemente 8 auf die Kontaktstege 14A der Stromschienen 12 aufgelegt und mit der abgelängten Spleißhülle 16B umwickelt. Anschließend wird der mit der Spleißhülle 16B umwickelte Verbund gequetscht. Am zweiten Ende der als Stromschienen 8A ausgeführten Kontaktelemente 8 sind Steckkontakte 8.2 ausgebildet, welche mit einem nicht dargestellten in die Steckeraufnahme 7B einführbaren Stecker kontaktiert werden können. Selbstverständlich können auch andere Verbindungstechniken eingesetzt werden, um den Sensor 26 mit der internen elektrischen Schnittstelle 9A bzw. das Anschlusskabel 3 bzw. die Steckeraufnahme mit der externen elektrischen Schnittstelle 9B elektrisch zu verbinden. Bei alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispielen der Sensoreinheit 1 können an den zweiten Enden der mindestens zwei Stromschienen 12 beispielsweise als Kontaktflächen oder als Crimphülsen ausgeführte zweite Kontaktmittel 14 ausgebildet sein, welche die externe elektrische Schnittstelle 9B ausbilden. Zudem können die zweiten Kontaktmittel 14 an den zweiten Enden der mindestens zwei Stromschienen als Steckkontakte ausgeführt sein und die Kontaktelemente 8 der Steckeraufnahme 7B ausbilden.
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Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, sind die Gehäuse 10A, 10B der dargestellten Sensoreinheiten 1A, 1B jeweils an einem ersten Endbereich mit der Kapsel 22 des Sensorkopfs 20 verbunden. An einem zweiten dem ersten Endbereich gegenüberliegenden Endbereich der Gehäuse 10A, 10B ist jeweils ein Anschlussbereich 7 ausgebildet. Bei dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Sensoreinheit 1A umfasst der Anschlussbereich 7 eine Kabelaufnahme 7A für das Anschlusskabel 3, an welcher das Anschlusskabel 3 in das Gehäuse 10A eintritt. Bei dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Sensoreinheit 1B umfasst der Anschlussbereich 7 die Steckeraufnahme 7B, in welche ein nicht dargestellter Stecker zum Anschließen der Sensoreinheit 1B eingesteckt werden kann. Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, ist die Steckeraufnahme 7B um 90° zum restlichen Gehäuse 10B abgewinkelt. Selbstverständlich kann die Steckeraufnahme 7B in Abhängigkeit von den Einbaubedingungen auch einen anderen Winkel zum restlichen Gehäuse 10B oder als einfache Verlängerung des restlichen Gehäuses 10B ausgeführt sein.
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Wie aus 1, 2 und 5 weiter ersichtlich ist, ist der mindestens eine Dichtbereich 24 in den dargestellten Ausführungsbeispielen der Sensoreinheit 1A, 1B als Überlappungsbereich 24A ausgeführt, an welchem das Gehäuse 10 die Kapsel 22 des Sensorkopfs 20 überlappt.
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Wie aus 8 weiter ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 100 zur Herstellung einer Sensoreinheit 1, 1A, 1B, einen Schritt S100, durch welchen mindestens zwei Stromschienen 12 bereitgestellt werden, welche über mindestens einen Verbindungssteg 12.1 miteinander verbunden sind und an ersten Enden eine Sensoraufnahme 15 und an zweiten Enden eine externe elektrische Schnittstelle 9B für ein Anschlusskabel 3 oder eine Steckeraufnahme 7B ausbilden und in einem Abschnitt zwischen den beiden Enden eine interne elektrische Schnittstelle 9A aufweisen. In einem Schritt S110 wird mindestens ein Sensor 26 in die Sensoraufnahme 15 an den mindestens zwei Stromschienen 12 eingesetzt und positioniert. In einem Schritt S120 wird der mindestens eine Sensor 26 mit ersten Kontaktmitteln 13 der mindestens zwei Stromschienen 12 kontaktiert, welche die interne elektrische Schnittstelle 9A ausbilden. In einem Schritt S130 werden die mindestens zwei Stromschienen 12 mit dem positionierten und kontaktierten mindestens einen Sensor 26 in eine Kavität eines ersten Spritzwerkzeugs eingelegt, welche eine Form einer Kapsel 22 eines Sensorkopfs 20 vorgibt. In einem Schritt S140 wird ein erster Spritzvorgang mit einem ersten Kunststoffmaterial derart ausgeführt, dass das erste Kunststoffmaterial im ausgehärteten Zustand die interne elektrische Schnittstelle 9A und den positionierten und kontaktierten mindestens einen Sensor 26 mediendicht und umschließt und einen gegen das Gehäuse 10, 10A, 10B abdichtbaren Sensorkopf 20 ausbildet und die externe elektrische Schnittstelle 9B zumindest teilweise freibleibt. Bei der Herstellung der kabelgebundenen Sensoreinheit 1A aus 1 werden in einem Schritt S150 die Adern 5 von mindestens einem Anschlusskabel 3 mit den zweiten Kontaktmitteln 14 der mindestens zwei Stromschienen 12 verbunden, welche die externe elektrische Schnittstelle 9B ausbilden. Alternativ werden bei der Herstellung einer Sensoreinheit 1B mit einer Steckeraufnahme 7B aus 2 im Schritt S150 die Kontaktelemente 8 der Steckeraufnahme 7B mit den zweiten Kontaktmitteln 14 der mindestens zwei Stromschienen 12 verbunden, welche die externe elektrische Schnittstellen 9B ausbilden. In einem Schritt S160 werden bei der Herstellung der kabelgebundenen Sensoreinheit 1A aus 1 die mindestens zwei Stromschienen 12 mit dem mindestens einen Anschlusskabel 5 in eine Kavität eines zweiten Spritzwerkzeugs eingelegt, welche eine Form des Gehäuses 10A für die kabelgebundene Sensoreinheit 1A vorgibt. Alternativ werden bei der Herstellung einer Sensoreinheit 1B mit einer Steckeraufnahme 7B im Schritt S160 die mindestens zwei Stromschienen 12 mit den Kontaktelementen 8 der Steckeraufnahme 7B in die Kavität des zweiten Spritzwerkzeugs eingelegt, welche eine Form des Gehäuses 10B mit der Steckeraufnahme vorgibt. In einem Schritt S170 wird ein zweiter Spritzvorgang mit einem zweiten Kunststoffmaterial derart ausgeführt, dass das ausgehärtete spritztechnisch hergestellte Gehäuse 10, 10A, 10B die externe elektrische Schnittstelle 9B vollständig und einen Abschnitt des Anschlusskabels 3 oder der Kontaktelemente 8 der Steckeraufnahme 7B zumindest teilweise so umhüllt, dass der Sensorkopf 20 und das Gehäuse 10, 10A, 10B an mindestens einem Dichtbereich 24 gegeneinander abgedichtet sind. Hierbei wird das erste Kunststoffmaterial der Kapsel 22 des Sensorkopfs 20 mit niedrigeren Drücken und/oder Temperaturen als das zweite Kunststoffmaterial des Gehäuses 10, 10A, 10B in das korrespondierende Spritzwerkzeug eingebracht.
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Des Weiteren wird der mindestens eine Verbindungssteg 12.1 zwischen den mindestens zwei Stromschienen 12 vor dem zweiten Spritzvorgang im Schritt S170 durchtrennt.
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Optional kann der mindestens eine Dichtbereich 24 an Kontaktbereichen der Kapsel 22 mit dem Gehäuse 10, 10A, 10B nach dem Aushärten der Kapsel 22 und vor dem Kontaktieren der externen elektrischen Schnittstelle 9B mit den Andern 5 des Anschlusskabels oder mit den Kontaktelementen 8 der Steckeraufnahme 7B zur Steigerung einer Verbindung zwischen Kapsel 22 und Gehäuse 10, 10A, 10B in einem zusätzlichen Verfahrensschritt vorbehandelt werden.
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In dem optionalen Verfahrensschritt kann der mindestens eine Dichtbereich 24 der Kapsel 22 aufgeraut und/oder gezielt strukturiert werden. Zusätzlich oder alternativ kann der mindestens eine Dichtbereich 24 der Kapsel 22 plasmagereinigt und/oder plasmaaktiviert werden. Des Weiteren kann der mindestens eine Dichtbereich 24 der Kapsel 22 mit einem Haftvermittler bzw. Primer beschichtet werden. Selbstverständlich kann auch eine beliebige Kombination der Maßnahmen durchgeführt werden, um eine optimale Verbindung zwischen dem ersten Kunststoffmaterial der Kapsel 22 und dem zweiten Kunststoffmaterial des Gehäuses 10A, 10B zu erzielen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10222204 A1 [0002]
- DE 102005012709 A1 [0003]
