Titel

Gehäuse und Verfahren zum Vergießen eines offenen Aufnahmeraums eines

Gehäuses

Die Erfindung geht aus von einem Gehäuse nach Gattung des unabhängigen Pa tentanspruchs 1. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Sensor mit einem solchen Gehäuse sowie ein Verfahren zum Vergießen eines offenen Auf nahmeraums eines solchen Gehäuses.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, elektronische Komponenten mit Dichtmassen, wie beispielsweise Epoxide, Silikone, zum Schutz vor Feuchtigkeit, Korrosion und elektrischem Nebenschluss zu vergießen. So ist es eine gängige Technik einen offenen Aufnahmeraum in einem Gehäuse, wie beispielsweise ei nem Sensorgehäuse, welcher elektronische Komponenten des Sensors auf nimmt, zum Schutz vor Feuchtigkeit, Korrosion, elektrischen Nebenschlüssen usw. mit einem Epoxidharzverguss oder einem Silikonverguss aufzufüllen.

Insbesondere bei kleinbauenden Sensoren, wie beispielsweise einem Dreh zahlsensor, kann die Kombination aus der Kapillarität von kleinen Dimensionen, einer komplexen Geometrie und/oder von konkaven Kanten und einem hydrophi len Benetzungsverhalten zum Auslaufen der Vergussmasse während des Ver gussprozesses führen. In Folge kann eine Kontamination der Produkte und Anla gen mit Vergussmasse entstehen.

Aus der DE 102008 042 489 B4 ist ein Werkstückverbund für einen Drucksensor bekannt. Der Werkstückverbund umfasst einen Vorformling und ein Gel, das in einer Ausnehmung im Vorformling aufgenommen ist. Die Ausnehmung ist von mindestens einer Kante als Kriechbarriere umschlossen, um ein Ausbreiten des Gels zu verhindern. Zumindest eine durch die Kante abgeschlossene Fläche ist in einem an die Kante angrenzenden Bereich mit einer Beschichtung aus einem oleophoben Material versehen. Die Beschichtung aus einem oleophoben Material verhindert ein Kriechen des Gels auf dieser Fläche.

Offenbarung der Erfindung

Das Gehäuse mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass die umlaufende Kante geeignet ist, die Vergussmasse auch dann im definierten Bereich zu halten, wenn eine offene Oberseite des Aufnahmeraums unterschiedliche Höhen aufweist, so dass ein Höhenunterschied überwunden werden muss. So verhindert die umlaufende Kante durch die nach außen abfal lende Schräge und durch die stetige Krümmung zur Überwindung des Höhenun terschieds ein Auslaufen der Vergussmasse und eine Kontamination von Produkt und Anlage. Zudem ermöglicht eine erlaubte temporäre Überfüllung des Aufnah meraums einen stabilen und robusten Vergussprozess mit schnelleren Zykluszei ten und ein Ausfüllen eines sich an den offenen Aufnahmeraum anschließenden umschlossenen Innenraums. Durch die Ausbildung der stetigen Krümmung zur Überwindung des Höhenunterschieds kann eine in diesem Bereich aufgrund thermomechanischer Verspannungen bzw. unterschiedlichen thermische Aus dehnungen der Vergussmasse auftretende Rissneigung verringert werden. Die stetige Krümmung der Kante zur Überwindung des Höhenunterschieds erlaubt eine ausreichende Verformung der Vergussmasse und wirkt damit Rissbildung, Undichtheiten und Korrosion entgegen. Zudem ist durch den Höhenunterschied am Ende des offenen Aufnahmeraums die Ausbildung eines höheren und damit größeren Durchbruchs bzw. Kanals zum umschlossenen Innenraum möglich. Durch den größeren Durchbruch bzw. Kanal kann die Scherbeanspruchung deut lich verringert werden.

Des Weiteren weisen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gehäuses im Bereich des offenen Aufnahmeraums eine einfache Geometrie auf, welche einfach auf verschiedene Design-Varianten übertragbar ist, welche sich bei spielsweise in Gehäuselänge, Gehäusebreite, Form des Durchbruchs, Anzahl der aufzunehmenden elektronischen oder elektrischen Komponenten unterschei den können. Zudem ist das Gehäuse als frei fallendes Spritzgussteil herstellbar. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Gehäuse mit einem offenen Aufnahmeraum zur Verfügung, welcher an einer offenen Oberseite eine umlaufende Kante als Kriechbarriere aufweist. Der Aufnahmeraum ist mit einer Vergussmasse gefüllt, wobei die ausgehärtete Vergussmasse an der offenen Oberseite eine konkave Oberfläche zur umlaufenden Kante ausbildet. Hierbei weist der offene Aufnahmeraum an einem Ende einen Durchbruch zu einem sich an den offenen Aufnahmeraum anschließenden umschlossenen Innenraum auf. Der umschlossene Innenraum ist mit Vergussmasse ausgefüllt, und die offene Oberseite des Aufnahmeraums weist am Übergang zu dem umschlossenen In nenraum unterschiedliche Höhen auf. Die umlaufende Kante weist eine nach au ßen abfallende Schräge und zum Überwinden des Höhenunterschieds eine durch tangentiale Übergänge ausgebildete stetige Krümmung auf, wobei die um laufende Kante während eines Vergussprozesses eine temporäre Überfüllung des Aufnahmeraums unter Ausbildung einer stabilen konvexen Vergussmassen oberfläche erlaubt.

Des Weiteren wird ein Sensor mit einem solchen Gehäuse vorgeschlagen, in welchem mindestens eine elektronische oder elektrische Komponente, wie bei spielsweise ein Sensorelement, eine Steuer- und Auswerteeinheit usw. angeord net ist.

Zudem wird ein Verfahren zum Vergießen eines offenen Aufnahmeraums eines solchen Gehäuses vorgeschlagen. Hierbei wird Vergussmasse solange in den Aufnahmeraum eingefüllt, bis der Aufnahmeraum gefüllt ist und sich an einer um laufenden Kante der offenen Oberseite eine stabile konvexe Vergussmassen oberfläche ausbildet. Anschließend wird die eingefüllte Vergussmasse ausgehär tet. Vor dem Aushärten verteilt sich die Vergussmasse über den Durchbruch in den umschlossenen Innenraum, so dass sich an der umlaufenden Kante der of fenen Oberseite des Aufnahmeraums eine konkave Vergussmassenoberfläche ausbildet.

Bei herkömmlichen aus dem Stand der Technik bekannten Gehäusen mit einem offenen Aufnahmeraum, weist eine umlaufende Kante, welche die offene Ober seite des Aufnahmeraums begrenzt, keine nach außen abfallende Schräge auf. Dadurch bildet die eingefüllte Vergussmasse bei Überfüllung eine instabile kon vexe Vergussmassenoberfläche aus, welche bei einer Überschreitung eines ma terialbedingten Kontaktwinkels über die herkömmliche Kante auf die benachbarte Fläche des Aufnahmeraums ausläuft, so dass das Gehäuse und die Anlage ver schmutzt werden kann. Eine Flüssigkeitsfront bzw. die überstehende Verguss masse bleibt so lange stehen, bis der materialbedingte Kontaktwinkel gegenüber der nächsten Fläche hier der benachbarten Fläche des Aufnahmeraums erfüllt ist. Das bedeutet, dass die herkömmliche umlaufende einfache Kante mit einem Winkel von 90° zur benachbarten Fläche, die Vergussmasse nur im Inneren des Aufnahmeraums hält, solange der Aufnahmeraum nicht überfüllt wird.

Ausführungsformen des Gehäuses können vorzugsweise bei kleinbauenden Drehzahlsensoren eingesetzt werden. Selbstverständlich können Ausführungs formen des Gehäuses auch für andere kleinbauende Sensoren oder elektrische oder elektronische Schaltungen verwendet werden.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiter bildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentan spruch 1 angegebenen Gehäuses und des im unabhängigen Patentanspruch 9 angegebenen Verfahrens zum Vergießen eines offenen Aufnahmeraums eines solchen Gehäuses möglich.

Besonders vorteilhaft ist, dass Kanten des Aufnahmeraums in Steigrichtung als Verrundung ausgeführt werden können. So kann der der Aufnahmeraum bei spielsweise eine rechteckige Grundfläche mit runden bzw. konkaven Eckberei chen aufweisen. Durch die in Steigrichtung der Vergussmasse ausgebildeten Verrundungen werden scharfe Kanten vermieden, welche ein Auslaufen der Ver gussmasse während des Vergussprozesses begünstigen können.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Gehäuses kann die nach außen abfallende Schräge beispielsweise einen Neigungswinkel im Bereich von 20° bis 70° vor zugsweise einen Neigungswinkel von 45° aufweisen. Zudem kann die umlau fende Kante eine Höhe im Bereich von 0,1 bis 1mm aufweisen. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Gehäuses kann der Aufnahmeraum und/oder der Innenraum mindestens eine elektronische oder elektrische Kompo nente aufnehmen, welche durch die ausgehärtete Vergussmasse geschützt wer den kann. Die mindestens eine elektronische oder elektrische Komponente kann beispielsweise als Sensorelement oder als ASIC-Bauteil (ASIC: Anwendungs spezifische integrierte Schaltung) usw. ausgeführt sein.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Gehäuses kann der Durchbruch zur Anpassung an verschiedene mit Vergussmasse auszufüllende umschlossene In nenräume teilweise rund und/oder elliptisch und/oder abgestuft oder mit einer an deren geeigneten Form ausgeführt werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens füllt die eingefüllte Vergussmasse nach dem Aushärten den umschlossenen Innenraum aus und bildet an der um laufenden Kante der offenen Oberseite eine konkave Vergussmassenoberfläche aus.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und wer den in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung be zeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Dreh zahlsensors mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gehäuses mit in einen Aufnahmeraum eingefüllte Vergussmasse.

Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Details II des erfindungsgemäßen Gehäuses aus Fig. 1 ohne eingefüllte Vergussmasse.

Fig. 3 zeigt eine schematische perspektivische Teilschnittdarstellung eines Aus schnitts des erfindungsgemäßen Gehäuses aus Fig. 1 und 2. Fig. 4 zeigt eine schematische Querschnittdarstellung eines offenen Aufnahme raums des erfindungsgemäßen Gehäuses aus Fig. 1 bis 3 nach dem Ausfüllen mit Vergussmasse, welche eine stabile konvexe Vergussmassenoberfläche aus bildet.

Fig. 5 zeigt eine schematische Querschnittdarstellung des offenen Aufnahme raums des erfindungsgemäßen Gehäuses aus Fig. 4 nach dem Aushärten der eingefüllten Vergussmasse, welche eine stabile konkave Vergussmassenoberflä che ausbildet.

Ausführungsformen der Erfindung

Wie aus Fig. 1 bis 5 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gehäuses 1 jeweils einen offenen Aufnahmeraum 3, welcher an einer offenen Oberseite 5 eine umlaufende Kante 10 als Kriechbarri ere aufweist. Der Aufnahmeraum 3 ist mit einer Vergussmasse 18 gefüllt, wobei die ausgehärtete Vergussmasse 18 an der offenen Oberseite 5 eine konkave Oberfläche 18A zur umlaufenden Kante 10 ausbildet, wie aus Fig. 1 und 5 er sichtlich ist. Hierbei weist der offene Aufnahmeraum 3 an einem Ende einen Durchbruch 7 zu einem sich an den offenen Aufnahmeraum 3 anschließenden umschlossenen Innenraum 9 auf. Der umschlossene Innenraum 9 ist mit Ver gussmasse 18 gefüllt und die offene Oberseite 5 des Aufnahmeraums 3 weist am Übergang zu dem umschlossenen Innenraum 9 unterschiedliche Höhen auf, wo bei die umlaufende Kante 10 eine nach außen abfallende Schräge 12 und zum Überwinden des Höhenunterschieds dh eine durch tangentiale Übergänge aus gebildete stetige Krümmung 14 aufweist. Die umlaufende Kante 10 erlaubt wäh rend eines Vergussprozesses eine temporäre Überfüllung des Aufnahmeraums 3 unter Ausbildung einer stabilen konvexen Vergussmassenoberfläche 18B, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist.

Fig. 2 und 3 zeigen den Aufnahmeraum 3 vor dem Vergussprozess bzw. vor dem Befüllen mit Vergussmasse 18. Fig. 1 und 5 zeigen den Aufnahmeraum 3 nach dem Aushärten der Vergussmasse 18 unter Ausbildung einer stabilen konkaven Vergussmassenoberfläche 18A. Fig. 4 zeigt eine temporäre Überfüllung des Auf nahmeraums 3 mit Vergussmasse 18 unter Ausbildung einer stabilen konvexen Vergussmassenoberfläche 18B.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Vergießen eines offenen Auf nahmeraums 3 eines solchen Gehäuses 1 wird die Vergussmasse 18 solange in den Aufnahmeraum 3 eingefüllt, bis der Aufnahmeraum 3 gefüllt ist und sich an der umlaufenden Kante 10 der offenen Oberseite 5 des Aufnahmeraums 3 eine in Fig. 4 dargestellte stabile konvexe Vergussmassenoberfläche 18B ausbildet. Anschließend wird die in den Aufnahmeraum 3 eingefüllte Vergussmasse 18 ausgehärtet. Vor dem Aushärteprozesses verteilt sich die eingefüllte Verguss masse 18 über den Durchbruch 7 in den Innenraum 9 bis dieser mit der Verguss masse 18 ausgefüllt ist, so dass sich an der umlaufenden Kante 10 der offenen Oberseite 5 des Aufnahmeraums 3 eine konkave Vergussmassenoberfläche 18A ausbildet. Dabei fließt die Vergussmasse 18 auch in nicht dargestellte Hohlräume und Hinterschnitte im Aufnahmeraum 3 und im Innenraum 9. Nach dem Aushär tevorgang füllt die eingefüllte Vergussmasse 18 den umschlossenen Innenraum 9 aus und bildet an der umlaufenden Kante 10 der offenen Oberseite 5 des Auf nahmeraums 3 eine konkave Vergussmassenoberfläche 18A aus. Im dargestell ten Ausführungsbeispiel weist der Durchbruch 7 einen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken auf. Selbstverständlich kann der Durchbruch 7 auch eine andere Form aufweisen, welche geeignet ist, den umschlossenen Innen raum 9 mit Vergussmasse 18 zu füllen.

Wie aus Fig. 4 und 5 weiter ersichtlich ist, weist die umlaufende Kante 10 des er findungsgemäßen Gehäuses 1 im dargestellten Ausführungsbeispiel durch die nach außen abfallende Schräge 12 einen Neigungswinkel a im Bereich von 20° bis 70° zur nächsten Fläche, hier der Schräge 12 auf. Dies ermöglicht eine Über füllung des Aufnahmeraums 3 und die Ausbildung der stabilen konvexen Vergus soberfläche 18A während des Vergussprozesses, ohne dass die Vergussmasse 18 aus dem Aufnahmeraum 3 ausläuft.

Wie insbesondere aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, sind Kanten des Aufnahme raums 3 in Steigrichtung als Verrundung 16 ausgeführt. Dadurch werden im Auf- nahmeraum 3 scharfe Kanten vermieden, welche das Ausströmen der Verguss masse 18 aus dem Aufnahmeraum 3 während des Vergussprozesses begünsti gen.

Wie aus Fig. 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, weist der Aufnahmeraum 3 im darge stellten Ausführungsbeispiel des Gehäuses 1 eine rechteckige Grundfläche mit runden Eckbereichen und an einem Ende den Durchbruch 7 zum Innenraum 9 auf. Das bedeutet, dass die Eckbereiche des Aufnahmeraums 3 als Verrundun- gen 16 ausgeführt sind.

Zudem kann der Aufnahmeraum 3 in nicht dargestellten Ausführungsbeispielen des Gehäuses 1 neben der rechteckigen Grundfläche an einer Stirnseite und/o der einer Längsseite eine abgerundete Einbuchtung und/oder eine abgerundete Ausbuchtung aufweisen.

Wie aus Fig. 1 bis 5 weiter ersichtlich ist, weist die nach außen abfallende Schräge 12 der umlaufenden Kante 10 im dargestellten Ausführungsbeispiel des Gehäuses 1 beispielhaft einen Neigungswinkel a von 45° auf. Die Höhe der um laufenden Kante 10 weist in Abhängigkeit von den anderen Abmessungen des Gehäuses 1 bzw. den Abmessungen des Aufnahmeraums 3 eine Höhe im Be reich von 0,1 bis 1mm auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel des Gehäuses 1 weist die umlaufende Kante 10 beispielhaft eine Höhe von 0,15mm auf.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel des Gehäuses 1 wird vorzugsweise für ei nen Drehzahlsensor verwendet. Hierbei nehmen der Aufnahmeraum 3 und der Innenraum 9 mindestens eine elektronische Komponente des Drehzahlsensors, wie beispielsweise ein ASIC-Bauteil (ASIC: Anwendungsspezifische integrierte Schaltung) auf, welche durch die ausgehärtete Vergussmasse 18 geschützt ist.