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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wiegand-Sensors. Die Erfindung betrifft auch einen Wiegand-Sensor, welcher mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist.
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Wiegand-Sensoren, die auch als Impulsdrahtsensoren bezeichnet werden, enthalten als wesentliches Bauelement einen Wieganddraht. Ein solcher Wieganddraht umfasst parallele weichmagnetische Bereiche und hartmagnetische Bereiche und weist dadurch eine Hysterese mit ausgeprägten Sprungstellen auf. Eine Änderung der Magnetisierung des Wieganddrahtes verursacht in einer nahen Spule einen Spannungsimpuls. Wiegand-Sensoren werden vorwiegend zur Bewegungserfassung mittels Drehgebern oder sonstigen Impulsgebern sowie zur Kodierung von Identifikationsmitteln von Zutrittskontrollsystemen eingesetzt.
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Aus dem Dokument
DE 10 2012 012 874 B4 ist ein gattungsgemäßer Wiegand-Sensor zur Bestimmung einer Umdrehungsanzahl einer drehbar gelagerten Welle bekannt. Der Wiegand-Sensor umfasst einen Wieganddraht und Signalverarbeitungsmittel zur Auswertung der von dem Wieganddraht erzeugten Spannungsimpulse.
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Durch Benutzung bekannte Wiegand-Sensoren weisen ein Gehäuse auf, welches den Wieganddraht sowie die Signalverarbeitungsmittel umgibt. Der Wieganddraht wird, als zentrale Komponente, beispielsweise an beiden Enden durch Verkleben mit dem Gehäuse verbunden. Der eingesetzte Klebstoff erlaubt eine Längenausdehnung des Wieganddrahtes, beispielsweise aufgrund von Temperaturänderungen. Gleichzeitig wird durch das Verkleben ein Eindringen von Partikeln in sensible Bereiche des Gehäuses verhindert. Dieses Verfahren zur Herstellung eines Wiegand-Sensors erfordert aufgrund von langen Aushärtezeiten des Klebstoffs einen zeitintensiven Prozessschritt und erschwert die Integration in einen automatisierten Fertigungsprozess.
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Aus der
DE 10 2005 060 519 A1 sind ein Drehwinkelsensor und ein Drehwinkelsensorsystem bekannt. Der Drehwinkelsensor ermöglicht die Bestimmung des Drehwinkels einer drehbaren Welle.
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Aus der
DE 10 2015 101 248 A1 ist ein magnet-basiertes Drehwinkelmesssystem bekannt. Das Drehwinkelmesssystem dient zur Erfassung einer Drehbewegung einer Antriebswelle und umfasst eine feststehende Sensoreinheit,
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Aus der
DE 10 2008 000 517 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer druckdichten Fügeverbindung eines metallischen Bauteils mit einem Kunststoffbauteil bekannt. Dabei wird eine Wärmemenge in das Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils eingebracht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Wiegand-Sensors weiterzubilden, insbesondere die Befestigung des Wieganddrahtes in dem Gehäuse zu beschleunigen.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wiegand-Sensors mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Aufgabe wird auch durch einen Wiegand-Sensor mit den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Wiegand-Sensors wird ein Wieganddraht in ein Basisteil eines Gehäuses eingelegt. Anschließend wird ein Deckel des Gehäuses in einer Fügerichtung mit dem Basisteil gefügt. Dann wird der Deckel mit dem Basisteil verbunden, und gleichzeitig wird der Deckel mit dem Wieganddraht verbunden. Vorzugsweise wird der Deckel dabei mit dem Basisteil stoffschlüssig verbunden.
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Der Deckel und das Basisteil bestehen vorzugsweise aus Kunststoff. Der Wieganddraht besteht vorzugsweise aus einer metallischen Legierung. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist der Prozessschritt für die Befestigung des Wieganddrahtes signifikant vereinfacht und verkürzt. Dabei ist auch eine Integration in einen automatisierten Fertigungsprozess möglich.
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Vorzugsweise wird der Deckel dabei mit dem Wieganddraht stoffschlüssig verbunden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Deckel mit dem Basisteil mittels Ultraschallschweißen verbunden. Beim Ultraschallschweißen werden auf den Deckel und das Basisteil Schwingung in Fügerichtung oder rechtwinklig zur Fügerichtung eingeleitet. Dabei werden der Deckel und das Basisteil erhitzt und schmelzen lokal auf. Die aufgeschmolzenen Stellen des Deckels und des Basisteils verbinden sich und sind nach dem Abkühlen und Erstarren miteinander stoffschlüssig verbunden. Zwischen dem Deckel und dem Basisteil bildet sich eine umlaufende Schweißnaht. Dadurch ist das Gehäuse nach außen abgedichtet und ein Eindringen von Partikeln in das Gehäuse ist verhindert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Deckel mit dem Wieganddraht verklebt. Dabei werden auf den Deckel und den Wieganddraht Schwingung in Fügerichtung oder rechtwinklig zur Fügerichtung eingeleitet. Dabei schmilzt der Deckel lokal auf. Die aufgeschmolzenen Stellen des Deckels umfließen den Wieganddraht und verbinden sich oberflächlich mit dem Wieganddraht. Nach dem Abkühlen und Erstarren sind der Deckel und der Wieganddraht miteinander stoffschlüssig verbunden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Deckel eine Platte und einen von der Platte in Fügerichtung abstehenden Vorsprung auf. Dabei ist der Deckel derart ausgebildet, dass beim Fügen des Deckels mit dem Basisteil die Platte in Kontakt mit dem Basisteil gelangt und der Vorsprung in Kontakt mit dem Wieganddraht gelangt. Dabei wird die Platte mit dem Basisteil verbunden, und der Vorsprung wird mit dem Wieganddraht verbunden. Der Vorsprung ragt dabei in das Basisteil hinein und gelangt in Verbindung mit dem Wieganddraht, welcher sich innerhalb des Basisteils befindet. Die Verbindung der Platte mit dem Basisteil dichtet das Gehäuse nach außen ab, wodurch ein Eindringen von Partikeln in das Gehäuse verhindert ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Vorsprung mindestens eine Opferkante auf, welche in einem der Platte abgewandten Endbereich des Vorsprungs angeordnet ist. Dabei ist die mindestens eine Opferkante derart ausgebildet, dass beim Fügen des Deckels mit dem Basisteil die Opferkante in Kontakt mit dem Wieganddraht gelangt, und dass beim Verbinden des Deckels mit dem Wieganddraht die Opferkante aufschmilzt und den Wieganddraht umfließt. Dadurch werden der Vorsprung und der Wieganddraht miteinander stoffschlüssig verbunden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Vorsprung mindestens zwei Opferkanten auf, welche in einer Axialrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. Die Axialrichtung verläuft dabei rechtwinklig zu der Fügerichtung und parallel zu einer Mittelachse des Wieganddrahtes.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Vorsprung mindestens zwei Opferkanten auf, welche in einer Querrichtung derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass beim Fügen des Deckels mit dem Basisteil die Opferkanten den Wieganddraht umgeben. Die Querrichtung verläuft dabei rechtwinklig zu der Fügerichtung und rechtwinklig zu einer Mittelachse des Wieganddrahtes.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Deckel derart ausgebildet, dass beim Verbinden des Vorsprungs mit dem Wieganddraht der Vorsprung zusätzlich mit dem Basisteil verbunden wird, und/oder der Wieganddraht zusätzlich mit dem Basisteil verbunden wird. Vorzugsweise wird der Vorsprung dabei mit dem Basisteil stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise wird der Wieganddraht dabei mit dem Basisteil stoffschlüssig verbunden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Wieganddraht nur in einem Endbereich mit dem Deckel stoffschlüssig verbunden, und der gegenüberliegende Endbereich des Wieganddrahtes ist relativ zu dem Deckel in Axialrichtung beweglich gelagert. Dadurch ist eine Längenausdehnung des Wieganddrahtes möglich, insbesondere bei Temperaturänderungen.
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Ein erfindungsgemäßer Wiegand-Sensor umfasst ein Gehäuse und einen in das Gehäuse eingelegten Wieganddraht, wobei der Wiegand-Sensor mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist. Ein erfindungsgemäßer Wiegand-Sensor ist in verhältnismäßig kurzer Prozesszeit herstellbar. Dabei ist das Gehäuse nach außen abgedichtet und ein Eindringen von Partikeln in das Gehäuse ist verhindert.
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Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Abbildungen stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. Es zeigen:
- 1: eine perspektivische Darstellung eines Wiegand-Sensors,
- 2: eine Draufsicht auf den Wiegand-Sensor aus 1,
- 3: eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A aus 2 während des Fügens,
- 4: eine vergrößerte Darstellung des Bereichs B aus 3 und
- 5: eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A aus 2 nach dem Fügen.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Wiegand-Sensors 10, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Der Wiegand-Sensor 10 umfasst ein Gehäuse 20 und einen in das Gehäuse 20 eingelegten Wieganddraht 50, welcher in dieser Darstellung verdeckt ist. Das Gehäuse 20 umfasst ein Basisteil 30 und einen Deckel 40. Das Basisteil 30 und der Deckel 40 sind entlang eines Schweißnaht 24 miteinander verschweißt. Das Basisteil 30 umschließt einen wannenartig ausgebildeten Aufnahmebereich. Der Aufnahmebereich des Basisteils 30 dient zur Aufnahme des Wieganddrahtes 50 und weiterer Komponenten.
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Das Gehäuse 20 ist annähernd quaderförmig ausgebildet und weist eine erste Frontseite, eine zweite Frontseite, eine erste Stirnseite, eine zweite Stirnseite, eine Bodenseite und eine Deckseite auf. Dabei sind die Frontseiten in einer Querrichtung Q einander gegenüberliegend angeordnet. Ferner sind die Stirnseiten in einer Axialrichtung X einander gegenüberliegend angeordnet. Die Bodenseite ist der Deckseite in einer Fügerichtung F gegenüberliegend angeordnet. Die Axialrichtung X verläuft rechtwinklig zu der Fügerichtung F. Die Querrichtung Y verläuft rechtwinklig zu der Fügerichtung F und rechtwinklig zu der Axialrichtung X.
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Der Wiegand-Sensor 10 umfasst mehrere Anschlusselemente 22 zu Kontaktierung von elektronischen Komponenten, welche in dem Aufnahmebereich des Basisteils 30 angeordnet sind. Die Anschlusselemente 22 sind als metallische Kontakte ausgebildet, welche das Basisteil 30 durchgreifen.
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2 zeigt eine Draufsicht auf den Wiegand-Sensor 10 aus 1. Die Deckseite des Gehäuses 20 wird weitgehend von dem Deckel 40 gebildet. Die Frontseiten, die Stirnseiten und die Bodenseite werden weitgehend oder ausschließlich von dem Basisteil 30 gebildet. Die Schweißnaht 24 befindet sich weitgehend an der Deckseite des Gehäuses 20. Die Anschlusselemente 22 ragen von den Frontseiten des Gehäuses 20 weg.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung des Wiegand-Sensors 10 entlang der Schnittlinie A-A aus 2 während des Fügens des Deckels 40 mit dem Basisteil 30. Bei der Herstellung des Wiegand-Sensors 10 wird der Deckel 40 in der Fügerichtung F mit dem Basisteil 30 gefügt, also auf das Basisteil 30 zu bewegt. In dieser Darstellung ist der Wiegand-Sensor 10 noch nicht fertig hergestellt, der Deckel 40 ist noch von dem Basisteil 30 entfernt.
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Der Wieganddraht 50 ist geradlinig in den Aufnahmebereich des Basisteils 30 des Gehäuses 20 eingelegt. Eine Mittelachse des Wieganddrahtes 50 erstreckt sich dabei in die Axialrichtung X. Der Wiegand-Sensor 10 umfasst neben weiteren hier nicht dargestellten Komponenten auch eine Spule 32, zwei Ferritperlen 34 und ein Glasrohr 36. Die Ferritperlen 34 sind in Axialrichtung X beidseitig neben der Spule 32 angeordnet. Das Glasrohr 36 durchgreift die Ferritperlen 34 und die Spule 32 in Axialrichtung X. Der Wieganddraht 50 ist innerhalb des Glasrohrs 36 angeordnet. Das Glasrohr 36 umgibt den Wieganddraht 50 somit koaxial. Die Ferritperlen 34 und die Spule 32 umgeben das Glasrohr 36 sowie den Wieganddraht 50 koaxial.
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Der Deckel 40 weist eine Platte 41 und einen Vorsprung 42 auf. Der Vorsprung 42 steht von der Platte 41 in Fügerichtung F ab. Beim Fügen des Deckels 40 mit dem Basisteil 30 gelangt die Platte 41 in Kontakt mit dem Basisteil 30. Beim Fügen des Deckels 40 mit dem Basisteil 30 gelangt der Vorsprung 42 in Kontakt mit dem Wieganddraht 50.
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4 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Bereichs B des Wiegand-Sensors 10 aus 3, also auch während des Fügens des Deckels 40 mit dem Basisteil 30. Der Vorsprung 42 des Deckels 40 weist zwei Opferkanten 44 auf. Die Opferkanten 44 sind in einem der Platte 41 abgewandten Endbereich des Vorsprungs 42 angeordnet. Die Opferkanten 44 sind vorliegend jeweils als kegelartige Konvexität ausgebildet und ragen in Fügerichtung F von der Platte 41 weg. Die Opferkanten 44 sind in einer Axialrichtung X versetzt zueinander angeordnet. Beim Fügen des Deckels 40 mit dem Basisteil 30 gelangen die Opferkanten 44 des Vorsprungs 42 in Kontakt mit dem Wieganddraht 50.
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5 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A aus 2 nach dem Fügen. des Deckels 40 mit dem Basisteil 30. Bei der Herstellung des Wiegand-Sensors 10 wird, wie bereits erwähnt, der Deckel 40 in der Fügerichtung F mit dem Basisteil 30 gefügt, also auf das Basisteil 30 zu bewegt. In dieser Darstellung ist der Wiegand-Sensor 10 fertig hergestellt.
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Beim Fügen des Deckels 40 mit dem Basisteil 30 gelangt die Platte 41 in Kontakt mit dem Basisteil 30. Dabei wird die Platte 41 mit dem Basisteil 30 mittels Ultraschallschweißen stoffschlüssig verbunden. Zwischen der Platte 41 des Deckels 40 und dem Basisteil 30 wird dabei die umlaufende Schweißnaht 24 gebildet. Beim Fügen des Deckels 40 mit dem Basisteil 30 wird somit der Deckel 40 mit dem Basisteil 30 mittels Ultraschallschweißen stoffschlüssig verbunden.
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Beim Fügen des Deckels 40 mit dem Basisteil 30 gelangt ferner der Vorsprung 42 in Kontakt mit dem Wieganddraht 50. Dabei wird der Vorsprung 42 des Deckels 40 mit dem Wieganddraht 50 verklebt. Beim Verbinden des Vorsprungs 42 des Deckels 40 mit dem Wieganddraht 50 schmelzen die Opferkanten 44 auf und umfließen den Wieganddraht 50. Beim Fügen des Deckels 40 mit dem Basisteil 30 wird somit der Deckel 40 mit dem Wieganddraht 50 verklebt.
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Die aufschmelzenden Opferkanten 44 fließen zusätzlich in dem Aufnahmebereich auf das Basisteil 30. Beim Verbinden des Vorsprungs 42 des Deckels 40 mit dem Wieganddraht 50 wird somit der Vorsprung 42 zusätzlich mit dem Basisteil 30 verbunden. Ebenso wird der Wieganddraht 50 zusätzlich mit dem Basisteil 30 verbunden.
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Der Wieganddraht 50 wird nur in einem axialen Endbereich mit dem Deckel 40 sowie mit dem Basisteil 30 stoffschlüssig verbunden. Der in Axialrichtung X gegenüberliegende Endbereich des Wieganddrahtes 50 ist relativ zu dem Deckel 40 in Axialrichtung X beweglich gelagert. Die besagte Lagerung wird durch das Glasrohr 36 erreicht und ermöglicht eine Längenausdehnung des Wieganddrahtes 50 in Axialrichtung X, insbesondere bei Temperaturänderungen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wiegand-Sensor
- 20
- Gehäuse
- 22
- Anschlusselement
- 24
- Schweißnaht
- 30
- Basisteil
- 32
- Spule
- 34
- Ferritperle
- 36
- Glasrohr
- 40
- Deckel
- 41
- Platte
- 42
- Vorsprung
- 44
- Opferkante
- 50
- Wieganddraht
- F
- Fügerichtung
- Q
- Querrichtung
- X
- Axialrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012012874 B4 [0003]
- DE 102005060519 A1 [0005]
- DE 102015101248 A1 [0006]
- DE 102008000517 A1 [0007]
