DE10340551A1

DE10340551A1 - Sensorkopf

Info

Publication number: DE10340551A1
Application number: DE2003140551
Authority: DE
Inventors: Ralf Jaklin; Andreas Machill
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2003-09-01
Filing date: 2003-09-01
Publication date: 2005-04-14

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorkopfs, insbesondere eines Sensorkopfs zur Drehzahl- oder Drehwinkelmessung, mit einem Bauteilträger aus Kunststoff, wobei zunächst auf dem inneren Bereich des Bauteilträgers ein Sensor mit einem Anschlusskabel angeordnet wird, wonach der Bauteilträger, der Sensor und ein Teil des Anschlusskabels mit einem Elastomer gegen Umwelteinflüsse geschützt werden. DOLLAR A Um einen Sensorkopf zu schaffen, der einfach aufbaubar und kostengünstig herstellbar ist sowie ein hohes Maß an Sicherheit gegen Feuchtigkeits- und Schmutzeintritt aufweist, wird das Elastomer direkt auf den Bauteilträger, den Sensor und einen Teil des Anschlusskabels aufgespritzt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorkopfs, insbesondere eines Sensorkopfs zur Drehzahl- oder Drehwinkelmessung, mit einem Bauteilträger aus Kunststoff, wobei zunächst auf dem inneren Bereich des Bauteilträgers ein Sensor mit einem Anschlusskabel angeordnet wird, wonach der Bauteilträger, der Sensor und ein Teil des Anschlusskabels mit einem Elastomer gegen Umwelteinflüsse geschützt werden.

Sensoren der eingangs genannten Art werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen zur Erfassung der Drehzahl eines Rades oder zur Erfassung der Temperatur im Motorkühlkreislauf verwendet. Aus der DE 42 37 039 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Temperaturfühlers bekannt, welches ermöglicht, im Spritzgießverfahren einen Temperaturfühler herzustellen. In eine Spritzgießform werden jeweils die Steckkontaktpaare, zwischen denen einen Heißleitertablette eingelötet ist, eingelegt. Dann wird in einem Arbeitsgang der Steckflansch und das mittlere Halterungsteil gespritzt. Anschließend wird in einem zweiten Spritzgießvorgang eine isolierende Kappe hergestellt, die in einem weitern Arbeitsgang über das Gehäuseteil gespannt wird.

Durch die Benutzung einer separaten Kappe, die über das Gehäuseteil gezogen wird, entstehen Bereiche durch die Schmutz und Feuchtigkeit leicht zu dem Sensor vordringen können. Darüber hinaus ist das Überziehen der Kappe über das Gehäuseteil ein aufwendiger Arbeitsgang, der unerwünschte Kosten verursacht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Sensorkopf der eingangs genannten Art zu schaffen, der einfach aufbaubar und kostengünstig herstellbar ist, sowie ein hohes Maß an Sicherheit gegen Feuchtigkeits- und Schmutzeintritt aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Elastomer direkt auf den Bauteilträger, den Sensor und einen Teil des Anschlusskabels aufgespritzt wird.

Durch das direkt Aufspritzen des Elastomers auf den Bauteilträger, den Sensor und einen Teil des Anschlusskabels wird einen hervorragende Abdichtung der Bauteile gegen Umwelteinflüsse erreicht. Das Elastomer kann mit relativ niedrigem Druck verspritzt werden, wodurch eine Gefährdung des Sensors und eventuell vorhandener elektronischer Komponenten weitgehend minimiert wird.

Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Drehzahl- oder Drehwinkelsensorkopfs mit einem Hallsensor oder magnetoresistiven Sensor, kann vor dem Sensor eine extrem dünne Elastomerschicht erzeugt werden, wodurch der Abstand zum magnetfeldgebenden Element sehr gering gehalten werden kann, was sich sehr vorteilhaft auf das Signalverhalten des Sensorkopfs auswirkt.

Bei einer Weiterbildung werden nur der innere Bereich des Bauteilträgers, der Sensor und ein Teil des Anschlusskabels mit dem Elastomer umspritzt. Hierdurch wird das Elastomer besonders sparsam verwendet, was die Kosten für den Sensorkopf reduziert. Da das Elastomer die Eigenschaften einer Dichtung aufweist, ist kein Verschmelzen des Elastomers mit dem Bauteilträger notwendig, um eine ausreichende Abdichtung des Sensorskopfs gegen Feuchtigkeits- und Schmutzeintritt zu erreichen.

Bei einer Ausgestaltung ist der Sensor als Hallsensor ausgebildet. Hallsensoren sind preisgünstige und zuverlässige Magnetfeldsensoren, die sich besonders gut bei der Erkennung von Drehzahlen und Drehwinkeln unter Ausnutzung von magnetfeldgebenden Elementen einsetzen lassen.

Alternativ dazu ist der Sensor als magnetoresistiver Sensor ausgebildet. Auch dieser Sensortyp eignet sich hervorragende zur Erkennung von Drehzahlen und Drehwinkeln in Verbindung mit magnetfeldgebenden Elementen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1: einen Sensorkopf mit Befestigungsring.
2: eine Schnittansicht des Sensorkopfs nach 1 entlang der Linie A – A in 1.
3: eine perspektivische Ansicht des Sensorkopfs ohne aufgespritztes Elastomer.
4: einen perspektivische Ansicht des Sensorkopfs mit aufgespritztem Elastomer.
1 zeigt einen Sensorkopf 1 mit einem Befestigungsring 2, einem Anschlusskabel 3 und einem Stecker 4. Der Sensorkopf 1 ist mit dem Befestigungsring 2 fest verbunden, wobei der Befestigungsring 2 zum Beispiel auf ein Radlager eines Kraftfahrzeugs aufgesetzt werden kann. Im Radlager kann ein magnetfelderzeugendes Element integriert sein, dem gegenüber der Sensorkopf 1 angeordnet ist, womit der Sensorkopf 1 die Variationen im erzeugten Magnetfeld sensorisch erfassen kann. Die erfassten Sensorsignale werden im Sensorkopf 1 eventuell vorverstärkt und/oder in eine gewünschte elektronische Signal form gewandelt und über das Anschlusskabel 3 und den Stecker 4 weiteren im Fahrzeug vorhandene elektronischen Systemen zugeleitet.
Der in 1 erkennbare Sensorkopf 1 weist einen Bauteilträger 16 auf, der in einen äußeren Bereich 9 und einen hier nicht erkennbaren inneren Bereich 5 aufgeteilt ist. Der innere Bereich 5 des Bauteilträgers 16 trägt den eigentlichen Sensor 6, der von einer Elastomerschicht 8 abgedeckt wird. Elastomere sind Kunststoffe mit hochvernetzten Molekülen und den daraus resultierenden gummielastischen Eigenschaften. Durch Vulkanisation, zum Beispiel mit Schwefel oder einem vergleichbaren chemischen oder physikalischen Prozess, werden die Makromoleküle weitmaschig und damit zum Elastomer. Da sich das Elastomer 8 wie eine Dichtung verhält, wird ein Feuchtigkeits- und Schmutzeintritt in den Sensorkopf 1 wirkungsvoll verhindert.
2 zeigt eine Schnittansicht des Sensorkopfes 1 nach der 1, entlang der Linie A-A in 1. Der Sensorkopf 1 ist wiederum mit dem Befestigungsring 2 verbunden, der zum Beispiel auf ein Radlager in einem Kraftfahrzeug aufgeschoben werden kann. Die Schnittdarstellung des Sensorkopfes 1 zeigt den inneren Bereich 5 des Bauteilträgers 16, auf dem der Sensor 6 angeordnet ist. Darüber hinaus ist am inneren Bereich 5 des Bauteilträgers 16 das Anschlusskabel 3 angeordnet. Zwischen dem Anschlusskabel 3 und dem Sensor 6 besteht eine elektrische Verbindung, die z. B. als auf dem inneren Bereich 5 des Bauteilträgers 16 angeordnete Leiterbahn ausgebildet sein kann.
Der innere Bereich 5 des Bauteilträgers 16, der Sensor 6 und ein Teil 10 des Anschlusskabels 3 sind von dem Elastomer 8 umgeben. Das Elastomer 8 schützt den Sensor 6, den inneren Bereich 5 des Bauteilträgers 16, eventuell weitere auf dem inneren Bereich 5 des Bauteilträgers 16 angeordnete elektronische Bauteile und einen Teil 10 des Anschlusskabels 3 vor Feuchtigkeit und Schmutz.
Da das Elastomer in sehr dünnen Schichten verspritzt werden kann, kann das Spaltmaß 7 zwischen dem Sensor 6 und den Zähnen 14 des in 5 dargestellten magnetfeldgebenden Elements 12 sehr klein gehalten werden, was sehr vorteilhaft für die Erzeugung des Sensorsignals ist. Beim Verspritzen von Elastomeren 8 können Wandstärken von weniger als 0,4 mm erreicht werden. Dadurch kann ein magnetfeldgebendes Element sehr nahe am Sensor 6 platziert werden, wodurch der Sensor 6 qualitativ hochwertige Signale erzeugen kann.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Sensorkopfes 1 ohne aufgespritztes Elastomer. Erkennbar ist der Bauteilträger 16, der sich aus einem inneren Bereich 5 und einem äußeren Bereich 9 zusammensetzt. Der äußere Bereich 9 des Bauteilträgers 16 wird in erster Linie dazu genutzt, den Sensorkopf 1 an einem weiteren Bauteil, zum Beispiel dem in 1 gezeigten Befestigungsring 2, zu befestigen. Darüber hinaus schützt der äußere Bereich 9 des Bauteilträgers 16 den Sensorkopf 1 vor seitlich auftreffendem Spritzwasser oder Schmutz.
Im Stirnbereich des inneren Bereichs 5 des Bauteilträgers 16 ist der Sensor 6 zu erkennen. Dieser Sensor 6 kann zum Beispiel ein Hall-Sensor zur Magnetfelderkennung sein, es ist aber auch denkbar, dass hier ein Temperatursensor eingesetzt ist. Der Sensor 6 ist elektrisch mit Leiterbahnen 11 verbunden, die zum Beispiel die erzeugten Sensorsignale an das hier nicht dargestellte Anschlusskabel weiterleiten. Nachdem der Bauteilträger 16 mit dem Sensor 6, den Leiterbahnen 11, eventuell notwendigen elektronischen Bauteilen und dem Anschlusskabel 3 bestückt wurde, werden der innere Bereich 5 des Bau teilträgers 16, der Sensor 6, die elektronischen Bauteile und ein Teil 10 des Anschlusskabels 3 mit dem Elastomer 8 umspritzt.
Der vom Elastomer 8 verschlossene Sensorkopf 1 ist in 4 dargestellt. Hier deckt das Elastomer 8 den inneren Bereich 5 des Bauteilträgers 16, den Sensor 6, die Leiterbahnen 11 und einen Teil 10 des Anschlusskabels 3 vollständig ab. Da das Elastomer 8 hervorragende Dichtungseigenschaften aufweist, wird ein Feuchtigkeit- und Schmutzeintritt in den Sensorkopf 1 wirkungsvoll verhindert. Die besonders guten Dichteigenschaften werden unter anderem dadurch erreicht, dass das Elestomer 8 nach dem Aufspritzen auf dem Bauteilträger 16 schrumpft und sich dabei besonders dicht an des umspritze Bauteil anlegt. Es ist nicht notwendig, das Elastomer 8 mit dem meist aus einem Kunststoff gefertigten Bauteilträger 16 zu verschmelzen. Daher kann das Elastomer 8 mit relativ geringer Temperatur (etwa 160°C) verspritzt werden, was die thermische Belastung der elektronischen Komponenten und des Sensors 6 weitgehend minimiert. Auch der Spritzdruck beim Verspritzen des Elastomers kann relativ gering (etwa 50 bar) gehalten werden, was eine Zerstörung der elektronischen Bauteile und des Sensors 6 wirkungsvoll verhindert.
5 zeigt den Sensorkopf 1 in Verbindung mit dem magnetfeldgebenden Element 12. Das magnetfeldgebende Element 12 kann zum Beispiel zahnradförmig aufgebaut sein, wobei jeder Zahn 14 eine hohe magnetische Feldstärke und jede Zahnlücke 15 eine geringe magnetische Feldstärke führt. Die hohe magnetische Feldstärke an den Zähnen 14 wird durch die hohe Dichte der magnetischen Feldlinien 13 direkt an den Zähnen 14 angedeutet. Wird das magnetfeldgebende Element 12 vor dem Sensorkopf 1 gedreht, so wirken zeitlich veränderliche magnetische Felder auf den Sensor 6. Je höher die am Sensor angelegte magnetische Feldstärke ist, um so stärker und schärfer ist das von dem Sensor 6 erzeugte Ausgangssignal. Da die im Sensor 6 induzierte magnetische Feldstärke eine starke Abhängigkeit vom Abstand des magnetfeldgebenden Bauteils 12 zum Sensor 6 aufweist, wobei das magnetische Feld im Sensor dann am größten ist, wenn ein Zahn 14 möglichst nah am Sensor 6 vorbeibewegt wird, ist es vorteilhaft, wenn das Spaltmaß 7 zwischen den Zähnen 14 und dem Sensor 6 so klein wie möglich ist. Bestimmt wird dieses Spaltmaß 7 von den in dem magnetfelderzeugenden Element 12 vorhandenen Toleranzen, die einen gewissen Sicherheitsabstand zum Sensorkopf 1 erfordern und der Abdeckschicht zwischen dem Sensor 6 und dem magnetfelderzeugenden Element 12. Wenn diese Abdeckschicht als Elastomer 8 ausgebildet ist, kann sie sehr dünn (mit Wandstärken unter 0,4 mm) aufgebaut werden, wodurch das Spaltmaß 7 sehr klein gehalten werden kann. Daher ergibt sich durch die Verwendung eines Elastomers 8 zum Schutz des Sensorkopfes 1 vor Spritzwasser und Schmutz eine besonders gute Sensorsignalqualität.
Neben der Umspritzung des inneren Bereichs 5 des Bauteilträgers 16 mit dem Elastomer 8, ist es auch möglich den gesamten Bauteilträger 16 mit dem Elastomer 8 zu umspritzen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Sensorkopfs (1), insbesondere eines Sensorkopfs (1) zur Drehzahl- oder Drehwinkelmessung, mit einem Bauteilträger (16) aus Kunststoff, wobei zunächst auf einem inneren Bereich (5) des Bauteilträgers (16) ein Sensor (6) mit einem Anschlusskabel (3) angeordnet wird, wonach der Bauteilträger (16), der Sensor (6) und ein Teil (10) des Anschlusskabels (3) mit einem Elastomer (8) gegen Umwelteinflüsse geschützt werden, dadurch ge kennzeichnet, dass das Elastomer (8) direkt auf den Bauteilträger (16), den Sensor (6) und einen Teil (10) des Anschlusskabels (3) aufgespritzt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Sensorkopfs (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur der innere Bereich (5) des Bauteilträgers (16), der Sensor (6) und ein Teil (10) des Anschlusskabels (3) mit dem Elastomer (8) umspritzt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Sensorkopfs (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (6) als Hallsensor ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Sensorkopfs (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (6) als magnetoresistiver Sensor ausgebildet ist.