Titel

Haltekörper zur spielfreien Montage von Sensoren

Stand der Technik

Aus DE 197 1 1 939 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung des Drucks und der Temperatur im Saugrohr einer Brennkraftmaschine bekannt. In einem gemeinsamen Gehäuse sind ein Temperatursensor und ein verspannungsarm befestig- ter Drucksensor angeordnet. Der Temperatursensor und der verspannungsarm befestigte Drucksensor sind auf einem Träger zusammen mit einer Auswerteschaltung angeordnet. Zur Einleitung eines unter Druck stehenden Mediums sind ein an dem Gehäuse befestigtes Stutzenteil und ein sowohl mit dem Träger als auch mit dem Stutzenteil verbundenes Zwischenstück vorgesehen. Mechanische Verspannungen werden über Dichtklebungen entkoppelt. Der Träger ist in dem

Gehäuse lediglich an vorgegebenen Auflagepunkten aufgeklebt. Während aus DE 197 11 939 A1 eine Vorrichtung zur Erfassung des Drucks und der Temperatur im Saugrohr einer Verbrennungskraftmaschine hervorgeht, werden derartige Erfassungsvorrichtungen unter Anderem auch zur Erfassung der Temperatur ei- nes flüssigen, strömenden Mediums, so z.B. Getriebeöl oder einer anderen Hydraulikflüssigkeit eingesetzt. In der Regel ist zur Erzeugung eines aussagekräftigen Temperatursignals zu gewährleisten, dass der Temperaturfühler dem strömenden Medium ausgesetzt ist, d.h. entweder möglichst tief in dieses eintaucht oder möglichst vollständig von diesem umschlossen oder benetzt wird. Da das strömende Medium, eine Hydraulikflüssigkeit wie z.B. Getriebeöl oder dergleichen, umströmt, wird folglich eine Krafteinwirkung aufgrund der Strömungsbewegung auf den Temperaturfühler ausgeübt. Das Medium kann temperaturabhängig unterschiedliche Viskositäten aufweisen und daher unterschiedlich große Strömungskräfte auf den Temperaturfühler ausüben. Es ist anzustreben, dass z.B. bei einem NTC-Temperaturfühler, dessen Fixierung das Temperaturaufnahmeverhalten des NTC-Temperaturfühlers nicht verschlechtert oder zeitlich verzögert. Im Allgemeinen werden heute eingesetzte Temperaturfühler zur Erfassung der Temperatur eines strömenden Mediums, wie z.B. Hydraulikflüssigkeit, Getriebeöl oder dergleichen, mittels Klebstoff fixiert. Insbesondere werden derartige Temperaturfühler an durch Kunststoffspritzgussverfahren hergestellten Gehäusen montiert.

Damit die Fixierung des NTC-Temperaturfühlers dauerhaft gewährleistet bleibt, wird ein Kleber eingesetzt, der z.B. von einer Hinterschnittgeometrie umschlossen ist, so dass sichergestellt ist, dass bei Haftungsverlust des Klebers eine Fixierung des Temperaturfühlers erhalten bleibt. Die Nachteile dieser Lösung Ne- gen darin, dass der Dispensprozess des Klebers sehr aufwendig ist und nicht mit ausreichender Prozesssicherheit verläuft. Das Verhalten des eingesetzten Klebstoffes bei Temperaturänderungen, wie z.B. bei Hydraulikfluiden, die bei Kraftfahrzeuggetrieben eingesetzt werden, durchaus auftreten, ist nicht genügend erprobt. Des Weiteren stellt Hydraulikflüssigkeit, wie z.B. in automatischen Getrie- ben eingesetztes Hydraulikfluid (ATF), eine sehr aggressive Flüssigkeit dar, so dass im ungünstigsten Fall der Verlust der mechanischen Stabilität des Temperaturfühlers durch die Aggressivität des Hydraulikfluides bzw. dessen schädliche Auswirkungen auf den Kleber zu befürchten sind. Des Weiteren ist nicht sicher auszuschließen, dass eine Kleberverschleppung in den Glasbereich des Tempe- raturfühlers erfolgt. Eine Verschleppung des Klebers in den Glasbereich verschlechtert die thermischen Eigenschaften des Temperaturfühlers und sollten daher unbedingt vermieden werden.

DE 10 2006 045 924 A1 bezieht sich auf eine Druckmessvorrichtung für Kraft- fahrzeuganwendungen. Diese umfasst eine Druckmesszelle, die in einer Sensorbaugruppe aufgenommen ist.

Temperatursensoren, die die Temperatur einer Flüssigkeit oder eines Gases messen, umfassen sehr häufig ein eingeglastes Messelement mit zwei An- schlussdrähten. Am Ende des Einglasprozesses kühlt das flüssige Glas ab und bildet eine Sensorpille. Durch den Erstarrungsvorgang des Glases entsteht eine geometrisch Undefinierte Form. Eine mechanische Fixierung dieser Undefinierten Sensorpille ist schwierig, da entweder Spalte verbleiben, oder eine zu große Pressung mit der Gefahr der Beschädigung der Sensorpille besteht. Daher wird bei Applikationen, wo keine großen mechanischen Kräfte auf die Sensorpille wirken, der Sensor ausschließlich durch Halten der Anschlussdrähte fixiert. Wird ein Sensor jedoch in Applikationen mit hoher mechanischer Beanspruchung eingesetzt, insbesondere einer dynamischen Schwing- und Schüttelbeanspruchung oder soll die Messung direkt im strömenden Medium wie z.B. Flüssigkeit oder Gas erfolgen, so ist eine Fixierung der Sensorpille notwendig, damit eine Beschädigung der Anschlussdrähte, insbesondere ein Bruch an der Austrittstelle aus der Sensorpille, vermieden wird.

Eine Möglichkeit der spaltfreien Fixierung der Sensorpille ist das Verkleben der

Sensorpille auf einen Haltekörper. Allerdings ist es in diesem Fall erforderlich, dass die Oberflächen von Sensorpille und Halterkörper eine entsprechend gute

Oberfläche aufweisen, um die Haftung des eingesetzten Klebers zu ermöglichen.

Des Weiteren darf die Klebewirkung über Zeit, Temperatur und die Einwirkung des zu messenden Mediums nicht zum Ausfall der Klebeverbindung führen, wie vorstehend dargelegt.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird eine spalt- und spielfreie Fixierung und Positionierung der eine geometrisch Undefinierte Form aufweisenden Sensorpille, d.h. eines Glas- körpers vorgeschlagen, so dass ein Einsatz auch unter hoher mechanischer Belastung, wie z.B. einer Schwing- oder Schüttelbelastung, möglich ist. Die Sensorpille berührt beim Einbau mit ihrer Stirnseite den Boden des Haltekörpers. Um eine einfache, unproblematische Montage zu gewährleisten, ist der Haltekörper mit einem Aufnahmedurchmesser D ausgeführt, der größer ist als die größte Querschnittsfläche der aufzunehmenden Sensorpille. Somit kann die Sensorpille mit Spiel in den Haltekörper eingelegt werden und eine Beschädigung bei der Montage wird vermieden. Nach dem Einsetzen der Sensorpille in den Haltekörper werden die Kontaktierungsleiter am Haltekörper fixiert. Dies erfolgt z.B. durch Warmverstemmung des Kunststoffes.

Anschließend wird in den Haltekörper eine Befüllungsmasse eingebracht, bei der es sich vorzugsweise um eine thixotrop eingestellte Epoxidmasse handelt, die derart in den Haltekörper eingebracht wird, dass die Befüllungsmasse in die Öffnung des Haltekörpers, in der Sensorpille aufgenommen ist, hineinfließt und da- bei mit die Sensorpille überdeckenden Haltenocken eine Hinterschnittfixierung ermöglicht. Die thixotrope Einstellung der Befüllungsmasse verhindert, dass diese entlang der Sensorpille nach unten fließt und die Öffnung für Medienkontakt, die im Haltekörper ausgebildet sind, verschließt. Nach dem Einbringen der Befüllungsmasse wird diese ausgehärtet, was z.B. durch Einbringen von Wärme, z.B. durch Bestrahlung mit einer Infrarotlampe, erfolgt. Durch das Aushärten der thi- xotrop eingestellten Epoxidmasse, deren Fixierung durch die Haltenocken des Haltekörpers, wird die Sensorpille mechanisch in vertikaler Richtung fixiert. Durch die Auflage der Sensorpille auf dem Boden des Haltekörpers ist die Fixierung nach unten gegeben. Es ergibt sich eine spaltfreie Fixierung der Sensorpille im Haltekörper und gleichzeitig deren Schutz vor äußerer Beschädigung von Außen.

Die komplette, derart vormontierte, Baugruppe kann jetzt in das zu messende strömende Medium, Flüssigkeit oder Gas, eingesetzt werden, beispielsweise in dem der Haltekörper im Bereich der Öffnungen für das Medium in eine Bohrung eintaucht, aus der das zu messende Medium austritt. Durch die Gestaltung und Formgebung des Haltekörpers ist ein Schutz der Sensorpille bei der Montage, z.B. in die Bohrung, gegeben und gleichzeitig kann das zu messende Medium über die Öffnung direkt an die Sensorpille gelangen und somit eine exakte Temperaturmessung ohne zeitliche Verzögerung erreicht werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachgehend eingehender beschrieben.

Es zeigt

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Haltekörpers mit einem in einer

Sensoraufnahme angeordneten Sensor,

Figur 2 die perspektivische Draufsicht auf den Haltekörper gemäß Figur 1 mit in die Sensoraufnahme eingebrachte Befüllungsmasse,

Figur 3 einen Schnitt durch den Haltekörper und die Sensoraufnahme und

Figur 4 die Anströmung des in die Sensoraufnahme eingelassenen Sensors durch ein Medium. - -

Ausführungsformen

Der Darstellung gemäß Figur 1 ist die perspektivische Draufsicht auf einen Haltekörper mit Sensoraufnahme zu entnehmen.

Figur 1 zeigt einen Haltekörper 10, an dessen Unterseite 14 eine Sensoraufnahme 16 ausgebildet ist. Eine Oberseite des Haltekörpers 10 ist durch Bezugszeichen 12 bezeichnet und umfasst bogenförmig ausgebildete Leiterfixierungen 24. In den Leiterfixierungen 24 an der Oberseite 12 des Haltekörpers 10 werden Kontaktierungsleiter 20 befestigt, die ihrerseits mit dem Sensor 18 verbunden sind. Bei dem Sensor 18 handelt es sich um eine Sensorpille, wobei diese durch die Kontaktierungsleiter 20, die gebogen ausgebildet sind, elektrisch kontaktiert wird.

Im Bereich einer als Trichter 30 ausgebildeten Öffnung der Sensoraufnahme 16 befinden sich nebeneinander liegend oder einander gegenüberliegend oder in einem Winkelversatz zueinander angeordnete Haltenocken 22. Die Funktion der Haltenocken 22 auf der Oberseite 12 des Haltekörpers 10 liegt darin, nach einem späteren Befüllen der Sensoraufnahme 16 mit einer Befüllungsmasse 40 (vergl. Darstellung gemäß Figur 2), diese Befüllungsmasse 40 nach deren Aushärten mechanisch zu fixieren. Dies wird dadurch erreicht, dass die Haltenocken 22 einen Hinterschnitt bilden, um die in Figur 2 dargestellte Befüllungsmasse 40 nach derem teilweisen Verfließen in der Sensoraufnahme 16 zu fixieren. Aus der perspektivischen Darstellung gemäß Figur 1 erschließt sich überdies, dass an die gebogen aus dem Sensor 18 austretenden Kontaktierungsleiter 20 jeweils zwei bogenförmig ausgebildete Leiterfixierungen 24 an der Oberseite 12 des Haltekörpers 10 befestigt sind. Zwischen den bogenförmig ausgebildeten Leiterfixierungen 24 verbleibt ein Freiraum, um eine elektrische Kontaktierung der Kontaktierungsleiter 20 des Sensors 18 zu ermöglichen. Das dazu erforderliche Ste- ckerelement ist in der Darstellung gemäß Figur 1 nicht wiedergegeben.

Aus der perspektivischen Ansicht gemäß Figur 1 geht des Weiteren hervor, dass der Haltekörper 10 Befestigungsöffnungen 26 aufweist. Mit diesen kann der Haltekörper 10 an einer Gehäusekomponente, z.B. eines automatischen Getriebes oder dergleichen, befestigt werden. Figur 1 zeigt überdies, dass die sich von der

Unterseite 14 des Haltekörpers 10 nach unten erstreckende Sensoraufnahme 16 den Sensor 18 aufnimmt und dass die Wand der Sensoraufnahme 16 Durchbrü- - -

che aufweist. Diese Durchbrüche dienen dazu, einen Medienkontakt zwischen dem Sensor 18 und dem zu sensierenden Medium zu ermöglichen.

Der perspektivischen Ansicht gemäß Figur 2 ist zu entnehmen, dass die Sensor- aufnähme 16 an der Unterseite 14 des Haltekörpers 10 den Sensor 18 aufweist und die in Figur 1 dargestellte, trichterförmig ausgebildete Öffnung 30 mit einer Befüllungsmasse 40 ausgefüllt ist. Bei der Befüllungsmasse 40 handelt es sich bevorzugt um eine thixotrop eingestellte Epoxidmasse. Diese wird derart in die Sensoraufnahme 16 eingebracht, dass die Befüllungsmasse 40 zwar unter die beiden seitlich an der Öffnung vorgesehenen Haltenocken 22 verfließt, andererseits jedoch durch die thixotrope Einstellung der Befüllungsmasse 40 verhindert wird, dass diese entlang des Sensors 18 in Richtung Boden der Sensoraufnahme 16 fließt und die seitlich in der Wand der Sensoraufnahme 16 ausgebildete Öffnungen verschließt (vergl. Darstellung gemäß Figur 3).

Wie aus der perspektivischen Draufsicht gemäß Figur 2 hervorgeht, erstrecken sich die gebogen ausgebildeten Kontaktierungsleiter 20 aus der Befüllungsmasse 40 heraus, die ihrerseits durch die Haltenocken 22 auf der Oberseite 12 des Haltekörpers 10 übergriffen ist. Die Haltenocken 22 bilden eine Hinterschnittge- ometrie mit der Befüllungsmasse 40 nach deren Aushärtung. Das Aushärten der

Befüllungsmasse 40 in der Sensoraufnahme 16 und die dadurch erfolgte Fixierung des Sensors 18 in der Sensoraufnahme 16 erfolgt durch Wärme, so z.B. im Wege der Bestrahlung mit Infrarot.

Der Schnittdarstellung gemäß Figur 3 ist zu entnehmen, dass die Sensoraufnahme 16, die sich an der Unterseite 14 des Haltekörpers 10 befindet, in ihrer Wand ausgebildete, z.B. schlitzförmig konfigurierte, Öffnungen 36 aufweist. Diese Öffnungen 36 dienen der Benetzung des Sensors 18 mit dem Medium.

In Figur 3 ist der Zustand dargestellt, wo der Sensor 18 geformt als Sensorpille mit einer mehr oder weniger unregelmäßigen äußeren Geometrie in das Innere der Sensoraufnahme 16 eingelassen ist und mit seiner Stirnseite einen Boden 34 der Sensoraufnahme 16 berührt. Ein Innendurchmesser D der Sensoraufnahme 16 ist so bemessen, dass dieser einen Außenurchmesser d des Sensors 18 ge- ringfügig übersteigt, so dass eine Beschädigung des z.B. als Glaskörper geformten Sensors 18 beim Einfügen in Fügerichtung 32 in die Sensoraufnahme 16 sicher ausgeschlossen ist. Die Wand der Sensoraufnahme 16 ist durch Bezugs- zeichen 38 in Figur 3 angedeutet. Die gebogen ausgebildeten Kontaktierungslei- ter 20 erstrecken sich von der rückwärtigen Stirnseite des Sensors 18 abgewinkelt auf der Oberseite 12 des Haltekörpers 10 zu den domförmig ausgebildeten Leiterfixierungen 24. Die Durchmesserdifferenz zwischen dem Außendurchmes- ser d des in unregelmäßiger Geometrie ausgebildeten Sensors 18 und dem Innendurchmesser D der Sensoraufnahme 16 ermöglicht eine einfache und unproblematische Montage. Der Sensor 18 kann mit Spiel in die Sensoraufnahme 16 eingelegt werden, wobei eine Beschädigung bei der Montage sicher ausgeschlossen ist. Nach dem Einsetzen des Sensors 18 in die Sensoraufnahme 16 werden die Kontaktierungsleiter 20 in den domförmig ausgebildeten Leiterfixierungen 24 fixiert. Dies kann z.B. über ein Warmverstemmen des Kunststoffmaterials erfolgen, aus welchem der Haltekörper 10 bevorzugt gefertigt ist.

Die in der Wand 38 der Sensoraufnahme 16 ausgebildeten Öffnungen 36 können z.B. als Schlitze oder als in einer anderen Geometrie ausgeformte Durchbrüche ausgebildet werden, so dass eine Benetzung des Sensors 18) nach dessen mechanischer Fixierung innerhalb der Sensoraufnahme 16 erfolgt ist.

Der Darstellung gemäß Figur 4 ist eine Schnittdarstellung durch den Haltekörper 10 zu entnehmen, gemäß welcher der Sensor 18 in der Sensoraufnahme 16 über die Befüllungsmasse 40 fixiert ist.

Aus Figur 4 geht hervor, dass sich, wie in Figur 3 angedeutet, der Sensor 18 mit seiner Stirnseite auf der Oberseite des Bodens 34 der Sensoraufnahme 16 ab- stützt. Figur 4 zeigt ebenfalls, dass der Innendurchmesser D der Sensoraufnahme 16 den Außendurchmesser d des mit Undefinierter unregelmäßiger Geometrie geformten Sensors 18 leicht übersteigt. Die Fixierung des Sensors 18 in der Sensoraufnahme 16 erfolgt durch die Befüllungsmasse 40, bei der es sich vorzugsweise um ein thixotrop eingestelltes Epoxidharz oder ein anderes Epoxidma- terial handelt. Aufgrund der Thixotropie dieses Materials verfließt dieses vor dem

Aushärten nur teilweise in der Sensoraufnahme 16, so dass zwar eine sichere Fixierung des Sensors 18 an der Stirnseite, an der die Kontaktierungsleiter 20 austreten, gewährleistet ist, jedoch ebenso gewährleistet bleibt, dass die Befüllungsmasse 40 nicht die Mantelfläche des Sensors 18 benetzt und insbesondere nicht die z.B. schlitzförmig ausgebildeten Öffnungen 36 in der Begrenzungswand der Sensoraufnahme 16 verschließt. Die thixotropen Eigenschaften der Befüllungsmasse 40 gewährleistet somit zweierlei: Zum einen eine mechanische Fi- xierung des Sensors 18 in der Sensoraufnahme 16 nach dem Aushärten der Befüllungsmasse 40 und andererseits eine Benetzbarkeit der Mantelfläche aufgrund geöffnet bleibender Öffnungen 36 in der Wand der Sensoraufnahme 16.

Der Schnittdarstellung gemäß Figur 4 ist zu entnehmen, dass die Haltenocken

22, die an der Oberseite 12 des Haltekörpers 10 ausgebildet sind, einen Hinterschnitt für die Oberseite der Befüllungsmasse 40 bilden. Das Aushärten der Befüllungsmasse 40 erfolgt durch Einbringen von Wärme in diese, was z.B. durch eine Infrarotbestrahlung oder dergleichen erreicht werden kann. Durch das Aus- härten der Befüllungsmasse 40 unterhalb der Haltenocken 22 wird erreicht, dass der Sensor 18 fixiert ist. Es ergeben sich eine spaltfreie Fixierung des Sensors 18 in der Sensoraufnahme 16 und gleichzeitig ein Schutz des Sensors 18 vor äußerer Beschädigung.

In der Darstellung gemäß Figur 4 ist die einem Medium ausgesetzte Mantelfläche des Sensors 18 durch Bezugszeichen 46 angedeutet. Der in einem Gehäuse 50 eingebaute Haltekörper 10, an dessen Unterseite 14 sich die Sensoraufnahme 16 mit daran montiertem Sensor 18 erstreckt, wird durch ein in Strömungsrichtung anströmendes Medium 44 benetzt, wobei dieses die medienausgesetzte Fläche 46 des Sensors 18 aufgrund der in der Wand der Sensoraufnahme 16 ausgebildeten Durchbrüche oder Öffnungen 36 benetzt.

Bei dem zu messenden strömenden Medium kann es sich um eine Flüssigkeit oder auch um ein Gas handeln. Beispielsweise kann der Haltekörper 10 in eine Bohrung 42 eines Gehäuses 50 oder dergleichen eingesetzt werden und - wie in

Figur 4 angedeutet - durch das Medium 44 in Strömungsrichtung angeströmt werden. Die den Kontaktierungsleitern 20 gegenüberliegende Stirnseite des Sensors 18 stützt sich dabei auf den Boden 34 der Sensoraufnahme 16 ab. Der Haltekörper 10 kann mittels der an diesen ausgebildeten Befestigungsöffnungen 26 auf der Oberseite des Gehäuses 50 derart fixiert werden, dass die Sensoraufnahme 16 in die Bohrung 42 des Gehäuses 50 hineinragt und dem zu messenden Medium ausgesetzt ist. Es ergibt sich eine definierte Position des Sensors 18 und damit eine Grundlage für eine exakte Messung. Die Kontaktierung der Kontaktierungsleiter 20 an die Befestigung des Haltekörpers 10 kann an die je- weilige bauliche Umgebung angepasst sein, so dass eine modulare Verwendung an verschiedenen Applikationen erreicht werden kann. Durch die Geometrie des Haltekörpers 10 ist ein Schutz des Sensors 18 bei der Montage gegeben und gleichzeitig kann das zu messende Medium durch die Öffnungen 36 direkt an die medienausgesetzte Fläche 46 des Sensors 18 gelangen. Dies ermöglicht eine exakte Temperaturmessung ohne zeitliche Verzöge- rung. Diese treten immer dann auf, wenn der Sensor 18 z.B. komplett umhüllt ist und die Temperaturmessung über die Umhüllung mittels Wärmeleitung an den Sensor 18 erfolgt. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fixierungsmöglichkeit des Sensors 18 in der Sensoraufnahme 16 unterbleibt genau dies, da aufgrund der thixotropen Eigenschaften der Befüllungsmasse 40 erreicht werden kann, dass die medienausgesetzte Fläche 46 des Sensors 18 sichtungsfrei bleibt.