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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sensormoduls sowie ein mit diesem Verfahren hergestelltes Sensormodul.
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Durch die voranschreitende Entwicklung von teilautonomen bis hin zu vollautonomen Fahrzeugen nimmt die Anzahl an notwendigen Sensormodulen in den Fahrzeugen stetig zu. Zudem verändern sich die Spezifikationen sowie die Aufgaben der Module mehr und mehr. Viele Sensoren sind dabei an der Außenseite angebracht und müssen daher wasserdicht sein sowie widerstandsfähig gegen Schmutz/Staub und Chemikalien. Zudem erhöht sich die erforderliche Leistung der Sensoren für das autonome Fahren.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise bekannt, den Spalt zwischen Stecker und der Metallplatte mit einem Klebe- oder Vergussmaterial abzudichten. Weiterhin ist bekannt den Spalt mittels eines O-Rings oder ähnlichen Dichtungen abzudichten und den Stecker durch Verschrauben oder einen ähnlichen Befestigungsprozess an der Metallplatte anzubringen. Eine weitere bekannte Variante wäre den Stecker auf der Metallplatte zu umspritzen, mittels eines Spritzgussverfahrens.
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Problematisch bei diesen Ansätzen ist, dass beispielsweise das Vergussverfahren ein sehr komplexes Verfahren ist und es dabei eine Menge an Einflussfaktoren gibt, um immer ein gutes Ergebnis zu erhalten, wie bspw. Verunreinigungen auf dem Material etc. Weiterhin kann das Abdichten mit einem O-Ring oder ähnlichen Dichtungen den Pump-Mechanismus des Sensors verstärken. Feuchtigkeit in dem Sensor führt dazu, dass die Leistung abnimmt.
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Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem kostengünstig ein Sensormodul hergestellt werden kann, welches eine hohe Robustheit und Wasserdichte aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Ansprüche 1 und 4 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erste Überlegungen waren dahingehend, dass die Integration und das Abdichten des Kunststoffsteckers in einen Sensor grundlegende Verfahrensschritte darstellen. Daher sollten insbesondere diese Schritte verbessert und auch im Hinblick auf die Kosten optimiert werden.
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Erfindungsgemäß wird deshalb ein Verfahren zur Herstellung eines Sensormoduls bestehend zumindest aus einem Sensorkopf, einer Metallabdeckung, einem Steckermodul sowie einem Steckerelement mit den folgenden Schritten vorgeschlagen:
- - Bereitstellen des Steckerelements und der Metallabdeckung;
- - Aufbringen des Steckerelements auf die Metallabdeckung, wobei das Steckerelement an einer zu der Metallabdeckung zugewandten Seite zumindest ein einem Teilbereich ein schmelzfähiges Material aufweist und wobei die Metallabdeckung auf der dem Steckerelement zugewandten Seite zumindest in einem Teilbereich eine Fläche aufweist, auf welche das schmelzfähige Material des Steckerelements aufgebracht wird;
- - Erhitzen der Metallabdeckung auf einer dem Steckerelement abgewandten Seite, wobei durch das Erhitzen das schmelzfähige Material schmilzt;
- - Erzeugen einer Verbindung zwischen dem Steckerelement und der Metallabdeckung zumindest in der auf der Metallabdeckung vorgesehenen Fläche durch das schmelzfähige Material;
- - Befestigen des Sensorkopfes an der Metallabdeckung.
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Das Steckerelement ist beispielsweise als Kunststoffgehäuse für das Steckermodul ausgestaltet. Das Steckerelement ist dabei derart ausgestaltet, dass das Steckermodul in das Steckerelement eingebracht werden kann.
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Das Steckerelement wird in dem vorgeschlagenen Verfahren auf die Metallabdeckung gedrückt, wobei sich dabei das schmelzfähige Material direkt über der Fläche der Metallabdeckung befindet und das Material sowie die Fläche der Metallabdeckung eine im Wesentlichen gleiche Geometrie aufweisen. Währenddessen wird die Metallabdeckung auf der dem Steckerelement abgewandten Seite erhitzt, um das schmelzfähige Material zu schmelzen. Das schmelzfähige Material fließt nach dem Schmelzen auf die dafür vorgesehen Fläche und erzeugt so eine Verbindung zwischen der Metallabdeckung und dem Steckerelement.
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Das Steckermodul kann dabei alle gängigen Steckerschnittstellen aufweisen, welche für den Automobilbereich relevant sind.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zum Erzeugen der Verbindung an der Fläche der Metallabdeckung, eine Struktur vorgesehen, in welche das geschmolzene schmelzfähige Material fließt. Diese Struktur ist besonders vorteilhaft, da eine derartige Struktur beispielsweise Rillen oder allgemein Vertiefungen aufweist, in welche das flüssige Material fließen kann. Dies erzeugt auf vorteilhafte Weise eine robustere Verbindung zwischen dem Steckerelement und der Metallabdeckung.
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Bevorzugt wird das Erhitzen der Metallabdeckung mittels Laser, Heizplatte oder induktiv durchgeführt. Diese Verfahren stellen eine bevorzugte Möglichkeit dar, ein besonders gleichmäßiges und schnelles Erhitzen der Metallabdeckung zu ermöglichen.
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Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Sensormodul umfassend zumindest einen Sensorkopf, eine Metallabdeckung, ein Steckermodul sowie ein Steckerelement vorgeschlagen, wobei das Steckerelement auf einer der Metallabdeckung zugewandten Seite zumindest in einem Teilbereich ein schmelzfähiges Material aufweist, wobei die Metallabdeckung auf einer dem Steckerelement zugewandten Seite zumindest in einem Teilbereich eine Fläche aufweist, auf welche das schmelzfähige Material aufgebracht wird, wobei das Steckerelement und die Metallplatte jeweils eine zentrale Aussparung aufweisen, in welche das Steckermodul einbringbar ist, wobei durch Erhitzen der Metallabdeckung eine Verbindung zwischen dem Steckerelement und der Metallplatte durch schmelzen des schmelzfähigen Materials an der Fläche der Metallabdeckung erzeugt wird.
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Das Steckerelement ist beispielsweise als Kunststoffgehäuse für das Steckermodul ausgestaltet. Das Steckerelement ist dabei derart ausgestaltet, dass das Steckermodul in das Steckerelement eingebracht werden kann.
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Das Steckerelement wird in dem vorgeschlagenen Verfahren auf die Metallabdeckung gedrückt, wobei sich dabei das schmelzfähige Material direkt über der Fläche der Metallabdeckung befindet und das Material sowie die Fläche der Metallabdeckung eine im Wesentlichen gleiche Geometrie aufweisen. Währenddessen wird die Metallabdeckung auf der dem Steckerelement abgewandten Seite erhitzt, um das schmelzfähige Material zu schmelzen. Das schmelzfähige Material fließt nach dem Schmelzen auf die dafür vorgesehen Fläche und erzeugt so eine Verbindung zwischen der Metallabdeckung und dem Steckerelement.
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Die Metallabdeckung besteht dabei beispielsweise aus der Aluminiumlegierung AL99,5. Allerdings sind auch andere Materialien denkbar.
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Das Steckermodul kann dabei alle gängigen Steckerschnittstellen aufweisen, welche für den Automobilbereich relevant sind.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Fläche der Metallabdeckung eine Struktur auf, welche derart ausgestaltet ist, dass das schmelzfähige Material in diese Struktur fließt, um eine Verbindung zwischen der Metallabdeckung und dem Steckerelement zu erzeugen. Diese Struktur ist besonders vorteilhaft, da eine derartige Struktur beispielsweise Rillen oder allgemein Vertiefungen aufweist, in welche das flüssige Material fließen kann. Dies erzeugt auf vorteilhafte Weise eine robustere Verbindung zwischen dem Steckerelement und der Metallabdeckung
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Besonders bevorzugt wird die Struktur der Fläche der Metallabdeckung mittels Laser, durch Stanzen oder Fräsen erzeugt. Diese Verfahren sind bevorzugte Materialbearbeitungsverfahren, mittels welchen sich eine Strukturgebung der Metallabdeckung in einem vordefinierten Bereich besonders einfach realisieren lässt. Denkbar wären auch andere Metallbearbeitungsverfahren, mittels welchen eine Struktur erzeugbar ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Fläche ringförmig um die Aussparung für das Steckermodul angeordnet. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise die Größe der notwendigen Dichtfläche auf das Notwendigste reduziert werden kann, was wiederum Einfluss auf die benötigte Menge des schmelzfähigen Materials hat.
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Weiter ist besonders bevorzugt das schmelzfähige Material ringförmig um die Aussparung für das Steckermodul an dem Steckerelement angeordnet. Eine ringförmige Anordnung ist vorteilhaft, da auf diese Weise die Menge des schmelzfähigen Materials vorteilhaft reduziert werden kann und trotzdem eine ausreichende Abdichtung gewährleistet werden kann.
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Denkbar wären auch andere Geometrien der Fläche sowie des schmelzfähigen Materials, allerdings ist bei einer Veränderung der Geometrien darauf zu achten, dass die beiden Geometrien im Wesentlichen übereinstimmen.
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Bevorzugt ist das Steckermodul beim Verbinden der Metallplatte mit dem Steckerelement auf der Metallplatte oder in dem Steckerelement angeordnet. Das Steckermodul kann entsprechend vor dem Verbindungsschritt bereits in dem Steckerelement integriert sein oder in der Aussparung der Metallplatte angeordnet sein. Für das Erzeugen der Verbindung ergeben sich keine Unterschiede weswegen diese Varianten alternativ ohne weitere Anpassungen möglich sind.
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Bevorzugt ist das schmelzfähige Material ein Kunststoff. Grundsätzlich kann hier jeder Kunststoff verwendet werden, welche einen geringeren Schmelzpunkt aufweist, als das Steckerelement selbst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Zeichnungen. # Darin zeigen:
- 1: ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2a: eine schematische Darstellung eines Steckerelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2b: eine weitere schematische Darstellung eines Steckerelements gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
- 3a: eine schematische Darstellung einer Metallabdeckung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 3b: eine weitere schematische Darstellung einer Metallabdeckung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
- 4: eine schematische Darstellung eines Steckerelements in Verbindung mit einer Metallabdeckung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 5: eine schematische Darstellung eines Sensormoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In Schritt S1 wird des Steckerelement 2 und die Metallabdeckung 3 bereitgestellt. In Schritt S2 wird das Steckerelement 2 auf die Metallabdeckung 3 aufgebracht, wobei das Steckerelement 2 an einer zu der Metallabdeckung 3 zugewandten Seite 2a zumindest ein einem Teilbereich ein schmelzfähiges Material 5 aufweist und wobei die Metallabdeckung 3 auf der dem Steckerelement 2 zugewandten Seite 3a zumindest in einem Teilbereich eine Fläche F aufweist, auf welche das schmelzfähige Material 5 des Steckerelements 2 aufgebracht wird. In Schritt S3 wird die Metallabdeckung 3 auf einer dem Steckerelement abgewandten Seite 3b erhitzt, wobei durch das Erhitzen das schmelzfähige Material 5 schmilzt. In Schritt S4 wird eine Verbindung zwischen dem Steckerelement 2 und der Metallabdeckung 3 zumindest in der auf der Metallabdeckung vorgesehenen Fläche F durch das schmelzfähige Material 5 erzeugt. In Schritt S5 wird der Sensorkopf 6 an der Metallabdeckung 3 befestigt.
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Die 2a und 2b zeigen jeweils eine schematische Darstellung eines Steckerelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Steckerelement 2 der 2a weist an der der Metallabdeckung zugewandten Seite 2a ein schmelzfähiges Material 5 auf. Weiterhin ist in der Ausgestaltung gemäß 2a das Steckermodul 4 bereits in das Steckerelement 2 integriert. Die Darstellung der 2b entspricht im Wesentlichen der 2a, wobei in der 2b das Steckermodul 4 nicht in dem Steckerelement 2 angeordnet ist, sondern es ist hier lediglich die Aussparung A2 vorhanden.
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Die 3a und 3b zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer Metallabdeckung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In der Darstellung der 3a weist die Metallabdeckung 3 eine Fläche F auf der dem Steckerelement zugewandten Seite 3a auf, auf welche das schmelzfähige Material 5 des Steckerelements 2 aufgebracht wird. Diese Fläche F kann dabei Strukturen für eine bessere Haltbarkeit der Verbindung aufweisen. Im Zentrum der Metallabdeckung 3 ist eine Aussparung A3 gezeigt, in welche ein Steckermodul 4 einbringbar ist. Die Darstellung der 3b entspricht im Wesentlichen der 3a, wobei in der 3b das Sensormodul 4 in der Aussparung A3 der Metallabdeckung 3 angeordnet ist.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Steckerelements in Verbindung mit einer Metallabdeckung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Hierbei wird das Steckerelement 2 auf die Metallabdeckung 3 mit Druck P aufgebracht. In dieser Darstellung ist zwischen dem Steckerelement 2 und der Metallabdeckung 3 das schmelzfähige Material 5 ersichtlich. Die Metallabdeckung 3 wird auf der dem Steckerelement 2 abgewandten Seite 3b mit einer hohen Temperatur T erhitzt, um das schmelzfähige Material 5 zu schmelzen.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensormoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Sensormodul 1 umfasst hierbei ein Steckerelement 2 mit schmelzfähigem Material 5, eine Metallabdeckung 3, wobei die Metallabdeckung 3 eine Fläche F aufweist, auf welche das schmelzfähige Material 5 aufgebracht wird. Weiterhin ist in dieser Ausführungsform das Steckermodul 4 in der Metallabdeckung 3 angeordnet. Wie zuvor gezeigt, kann das Steckermodul 4 auch in dem Steckerelement 2 angeordnet sein, bevor das Steckerelement 2 mit der Metallabdeckung 3 verbunden wird. Weiterhin ist für das Sensormodul 1 noch ein Sensorkopf 6 vorgesehen, welcher mit der Metallabdeckung 3 verbunden wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensormodul
- 2
- Steckerelement
- 2a
- der Metallabdeckung zugewandte Seite
- 3
- Metallabdeckung
- 3a
- dem Steckerelement zugewandte Seite
- 3b
- dem Steckerelement abgewandte Seite
- 4
- Steckermodul
- 5
- schmelzfähiges Material
- 6
- Sensorkopf
- A2
- Aussparung Steckerelement
- A3
- Aussparung Metallabdeckung
- F
- Fläche
- P
- Druck
- S1-S5
- Verfahrensschritte
- T
- Temperatur
