DE10228428A1 - Sensor, insbesondere Magnetfeldsensor, und Verfahren zur Herstellung eines Sensors - Google Patents

Abstract

Sensor (10) zur berührungslosen Erfassung eines bewegungsbezogenen Messwertes eines an dem Sensor vorbei bewegbaren Teiles, insbesondere Magnetfeldsensor, bei welchem über ein vorbeigeführtes Magnetfeld eine Drehzahl, eine Geschwindigkeit, eine Drehstellung oder dergleichen abtastbar ist, sowie Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sensors (10), mit einem elektronischen Sensorkörper (1), welcher in einem Kunststoffgehäuse (2) aufgenommen und befestigt ist, wobei das Kunststoffgehäuse (2) einen Wandabschnitt (3) reduzierter Wanddicke aufweist, welcher durch ein eingespritzes Blechteil (4) verstärkt ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Sensor, insbesondere einen Magnetfeldsensor, zur berührungslosen Erfassung eines bewegungsbezogenen Messwertes zwischen einem feststehenden und einem beweglichen Teil zur Erfassung einer Drehzahl, einer Geschwindigkeit, einer Drehstellung oder dergleichen mit einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse aufgenommenen Sensorkörper sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensors.
• Das Gehäuse derartiger Sensoren besteht üblicherweise aus einem topfartigen Gehäuse aus Kunststoff, welches zur genauen Positionierung und Befestigung des Sensorkörpers an seiner Innenwand mit Vorsprüngen und Rippen versehen ist. Gegenüberliegend zu einer Öffnung des Gehäuses zum Einführen des Sensorkörpers befindet sich ein Gehäuseboden, welcher in eingebautem Zustand in Richtung des abzutastenden Bauteils gerichtet ist. Hierbei besteht einerseits ein Konflikt zwischen einer ausreichenden Wanddicke des Gehäuses, um die Formstabilität, Dichtigkeit und den sicheren Schutz des Sensorkörpers zu gewährleisten, und andererseits einer möglichst geringen Wanddicke, um das berührungslose Erfassen der Signale von außen her zu gewährleisten. Es hat sich bei bekannten Sensoren erwiesen, dass eine Grenze für die Wanddicke eines Kunststoffgehäuses für derartige Sensore bei etwa 0,3–0,4 mm liegt, da dies die Grenze für ein Spritzgussteil ist, welches hinsichtlich der Festigkeit, Geometrie und Dichtigkeit für die Erfordernisse eines derartigen Sensors noch ausreicht.
• Des Weiteren sind Sensoren bekannt, bei welchen anstatt eines Kunststoffgehäuses ein Metalltopf Verwendung findet, in welchen der Sensorkörper eingeführt, über einen O-Ring abgedichtet und durch Rollieren befestigt wird. Nachteilig hierbei ist, dass in einem Metalltopf als Gehäuse keine Innenkonturen vorhanden sind, an weichen der Sensorkörper genau positioniert und befestigt werden kann.
• Es ist demgegenüber die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensor sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, welcher ein Gehäuse aufweist, das hinsichtlich der Befestigung des Sensorkörpers in dem Gehäuse und hinsichtlich der Sensibilität des Sensors auch bei schwachen Signalen optimiert ist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Sensor ein Kunststoffgehäuse zur Aufnahme und Befestigung des Sensorkörpers in seinem Innern aufweist, wobei das Gehäuse einen Wandabschnitt reduzierter Wanddicke aufweist, der durch ein eingespritztes Blechteil verstärkt ist. Die Wandstärke des Wandabschnitts reduzierter Wanddicke ist reduziert im Verhältnis zu den restlichen Wandabschnitten des Gehäuses. Insbesondere ist die Wanddicke dieses Abschnittes reduziert unter einen Wert, der mit der Spritzgusstechnik aus Kunststoffmaterial noch realisierbar ist ohne Einbußen hinsichtlich der Stabilität und Festigkeit der Gehäusewand. Durch das eingespritzte Blechteil in dem Wandabschnitt kann dieser letztere in seiner Dicke auf einen Wert reduziert werden, der unter dem sonst mit einem Spritzgießen aus Kunststoff möglichen Wert von Wanddicken für derartige Gehäuseteile liegt. Die mit dem erfindungsgemäßen Sensor erfassbaren Signale können somit schwächer sein als bei Sensoren mit Kunststoffgehäusen ohne ein erfindungsgemäß eingespritztes Blechteil. Dies hat insbesondere bei Magnetfeldsensoren den Vorteil, dass schwächere Magnete verwendet werden können, wodurch die Baugröße des Sensors reduzierbar ist, oder dass die Sicherheitsreserven hinsichtlich der Erfassungsbandbreite des Sensors vergrößert werden. Trotzdem weist der erfindungsgemäße Sensor den Vorteil auf, dass an der Innenwand des Gehäuses variable Geometrien z. B. durch die Spritzgußform vorgesehen sein können, für ein genaues Positionieren und Befestigen des Sensorkörpers. Es können zum Beispiel Kunststoffvorsprünge an der Innenwand des Gehäuses vorgesehen sein, die zum Beispiel über Laser-Schweißen ein sicheres Befestigen des Sensorkörpers erlauben.
• Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse des Sensors eine topfartige Aufnahme und der Wandabschnitt reduzierter Wanddicke der Topfboden des Gehäuses. Das Gehäuse des Sensors kann so in einem einzigen Spritzgussvorgang hergestellt werden und erfordert kein Zusammensetzen und Aneinanderfügen von mehreren Gehäuseteilen.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse eine Innenkontur mit Befestigungsrippen auf, an welcher der Sensorkörper durch Laser-Bearbeitung befestigbar ist. Hierdurch ist der Sensorkörper mit seinem sensitiven Bauteil möglichst nah an dem beweglichen Teil positionierbar und dennoch immer genauestens in seiner Position in dem Gehäuse festgelegt. Dadurch kann ein Luftspalt zwischen dem Sensor und dem beweglichen Teil, von welchem er das Signal empfängt, größer bemessen sein, als es mit bisherigen Sensoren möglich war, da die Messgenauigkeit und Sensibilität erhöht ist.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das eingegossene Blechteil in dem Wandabschnitt ver ringerter Wanddicke ein tiefgezogenes Blech mit einem hochgezogenen Rand und seitlichen Sicken oder Abflachungen als Sicherung gegen ein Verdrehen. Das Blechteil ist vorzugsweise aus einem nicht-magnetischen Metallmaterial hergestellt, wodurch ein Aufmagnetisieren verhindert wird, damit ein Sensorsignal, insbesondere bei Sensoren, welche über die Erfassung eines Magnetfeldes arbeiten, nicht verfälscht wird. Der hochgezogene Randbereich des Blechteils hat den Vorteil, dass beim Einspritzen bzw. Umspritzen mit dem Kunststoff des Kunststoffgehäuses das Blechteil an seinen Rändern gut eingebettet und gehalten wird. Die Sicken oder Abflachungen des somit tellerförmigen oder tablettförmigen Blechteils haben den Vorteil, dass einerseits die Stabilität gegen Durchbiegen erhöht wird, und andererseits ein Verdrehen des Blechteils im Verhältnis zu dem Topfboden vermieden wird. Insgesamt hat die Verwendung von Metall als Verstärkungsteil des Topfbodens den Vorteil, dass eine möglichst geringe Dicke realisierbar ist und dass der Boden des Gehäuses stabiler und dichter ist. Bei Magnetfeldsensoren kann somit ein kleinerer Magnet verwendet werden oder ein größerer Luftspalt zwischen dem Sensor und dem abzutastenden beweglichen Teil ist möglich. Die Wandstärke des Abschnittes verringerter Wanddicke des Gehäuses liegt vorzugsweise in einer Größenordnung von etwa 0,1 mm, wohingegen die mit dem Spritzgießen aus Kunststoff realisierbaren minimalen Wanddicken derartiger Bauteile in der Größenordnung von 0,3-0,4 mm liegen.
• Die Aufgabe wird außerdem durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Sensors gemäß den im Anspruch 6 angegebenen Merkmalen gelöst. Das Verfahren ist insbesondere dadurch vorteilhaft, dass durch lediglich einen einzigen zusätzlichen Arbeitsschritt, nämlich dem Tiefziehen eines Formteils aus dünnwandigem Blech entsprechend der Form eines Wandabschnitts des Gehäuses, ein Sensor mit verbesserten Abtasteigenschaften herstellbar ist, bei gleichzeitigem Aufrechterhalten der Vorteile eines Kunststoffgehäuses hinsichtlich der Befestigung des Sensorkörpers mittels Rippen und Laser-Schweißen oder Ähnlichem. Durch die reduzierte Wandstärke des Wandabschnitts, in welchem, das Formteil beim Spritzgießen des Gehäuses zur Verstärkung eingesetzt wird, wird eine Verformung oder mangelhafte Stabilität des Gehäuses gleichermaßen vermieden, wie auch eine Beschädigung des im Innern des Gehäuses angeordneten Sensorkörpers effektiv durch die Dichtigkeit des Blechteils vermieden wird. Es können bei Magnetfeldsensoren kleinere Magnete Verwendung finden, wodurch sich die Kosten des Sensors insgesamt reduzieren. Die Toleranzen eines dünnwandigen Blechteils sind zudem weitaus geringer, als es bei einem Kunststoffboden mit der Technik des Spritzgießens realisierbar ist, wodurch das Positionieren des Sensorkörpers noch präziser ausgeführt werden kann.
• Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein nicht-magnetisches Metallblech verwendet mit einer Dicke in der Größenordnung von etwa 0,1 mm. Hierdurch werden Beeinflussungen oder Verfälschungen des abgetasteten Signals aufgrund von magnetischer Aufladung des Blechteils vermieden, so dass die Sensorgenauigkeit insbesondere auch bei Magnetfeldsensoren hoch ist.
• Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, in welcher die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist.
• In der Zeichnung zeigen:
• 1a eine Seitenansicht im Schnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensors;
• 1b eine Draufsicht des Sensors gemäß dem in 1a dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
• 2a eine Detailansicht des tiefgezogenen Blechteils zur Verstärkung des Wandabschnitts des Gehäuses des Sensors aus den 1a und 1b; und
• 2b eine Detailansicht des tiefgezogenen Blechteils aus 2a.
• In den 1a und 1b ist ein Ausführungsbeispiel eines Sensors gemäß der Erfindung dargestellt. Ein Sensorkörper 1, welcher beispielsweise ein Sensorkörper eines Magnetfeldsensors ist, ist in einem Gehäuse 2 des Sensors 10 aufgenommen und befestigt. Der Sensor 10 ist beispielsweise ein Magnetfeldsensor, welcher eine Drehbewegung eines in Abtastrichtung S (siehe Pfeil S in 1a) sich befindlichen Teils (nicht dargestellt) über das Erfassen eines Magnetfeldes abtasten kann. Der Sensorkörper 1 ist in dem Gehäuse 2 des Sensors 10 mit seiner Sensorvorderseite in Richtung zu einem Wandabschnitt 3 des Gehäuses 2 ausgerichtet, der eine geringere Wanddicke aufweist als die seitlichen Wände des Gehäuses 2. Der Wandabschnitt 3 mit reduzierter Wanddicke besteht aus einem tiefgezogenen Blechteil 4, welches beim Spritzgießen des Gehäuses 2 eingefügt und umgossen wurde. Hierdurch ergibt sich am Wandabschnitt 3 eine sehr geringe Wanddicke von etwa maximal 0,1 mm, wohingegen die seitlicher. Wände des Gehäuses 2 eine Wanddicke von mindestens 0,3-0,4 mm aufweisen müssen aufgrund von Stabilitäts-, Dichtigkeits- und Technologiekriterien des Spritzgießens. Hierdurch kann der Sensor in einer größeren Entfernung zu dem abzutastenden beweglichen Teil angeordnet werden, da die reduzierte Wanddicke ein gutes Abtastverhalten auch bei schwächeren Signalen ermöglicht. In 1b ist der Sensor aus 1a in einer Draufsicht dargestellt. Das tiefgezogene Blechteil 4, welches in dem Gehäuse 2 eingespritzt ist, weist demnach die Form eines Tabletts auf, welches hochgezogene seitliche Ränder 5 aufweist.
• Das tiefgezogene Blechteil 4 ist im Detail in den 2a und 2b dargestellt. Hier sind die hochgezogenen Ränder 5 des tiefgezogenen Blechteils 4 gezeigt, welches als Verstärkungseinsatz an dem Wandabschnitt verringerter Wanddicke des Gehäuses dient. Die hochgezogenen Rander 5 des Blechteils 4 ermöglichen ein gutes und sicheres Befestigen bzw. Einspritzen des Blechteils in dem Rest des Gehäuses 2. Des Weiterer. weist das Blechteil 4 an seinem äußeren Umfang drei Abflachungen 6 auf – wie in 2a ersichtlich –, welche dazu dienen, ein Verdrehen des Blechteils 4 beim Herstellen des Sensorgehäuses zu vermeiden. Weiterhin kann das Blechteil 4 Sicken z. B. an seinem Randbereich aufweisen (in den Figuren nicht dargestellt) zur weiteren Erhöhung seiner Stabilität gegen ein Verbiegen.
• Sämtliche in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (8)

1. Sensor (10) zur berührungslosen Erfassung eines bewegungsbezogenen Messwertes eines an dem Sensor vorbei bewegbaren Teiles, insbesondere Magnetfeldsensor, bei welchem über ein vorbeigeführtes Magnetfeld eine Drehzahl, eine Geschwindigkeit, eine Drehstellung oder dergleichen abtastbar ist, mit einem elektronischen Sensorkörper (1), welcher in einem Kunststoffgehäuse (2) aufgenommen und befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffgehäuse (2) einen Wandabschnitt (3) reduzierter Wanddicke aufweist, welcher durch ein eingespritztes Blechteil (4) verstärkt ist.
2. Sensor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine topfartige Aufnahme und der Wandabschnitt (3) reduzierter Wanddicke der Topfboden der Aufnahme ist.
3. Sensor (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine Innenkontur mit Befestigungsrippen aufweist, an welchen der Sensorkörper durch Laser-Bearbeiten befestigbar ist.
4. Sensor (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechteil (4) ein tiefgezogenes Blech ist mit einem hochgezogenen Rand (5) und seitlichen Sicken und/oder Abflachungen (6).
5. Sensor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechteil (4) aus einem nicht-magnetischen Metallmaterial hergestellt ist.
6. Verfahren zur Herstellung eines Sensors (10) mit einem Kunststoffgehäuse (2) zur Aufnahme eines elektronischen Sensorkörpers (1), insbesondere eines Sensorkörpers eines Magnetfeldsensors, gekennzeichnet durch Tiefziehen eines Formteils aus dünnwandigem Blech entsprechend der Form eines Wandabschnitts (3) des Gehäuses (2) und Spritzgießen des Gehäuses unter Einsetzen des Formteils, so dass ein Wandabschnitt (3) geringerer Wanddicke an der Stelle des Formteils entsteht als die Wanddicke der anderen Abschnitte des Kunststoffgehäuses (2).
7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Verwenden eines nicht-magnetischen Metallblechs mit einer Dicke in der Größenordnung von etwa 0,1 mm.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch Befestigen des Sensorkörpers (1) im Innern des Gehäuses (2) mittels Befestigungsrippen und Laser-Schweißen.