Sensorbauteil, Vormontageanordnung für ein Sensorbauteil und Verfahren zur Herstellung eines Sensorbauteils

Die Erfindung betrifft ein Sensorbauteil, insbesondere für ein Getriebe eines Kraftwagens, sowie eine Vormontageanordnung und ein Herstellungsverfahren für ein solches Sensorbauteil.

In Getrieben für Kraftwagen, insbesondere in Automatikgetrieben, findet eine Vielzahl von elektronischen Sensoren Anwendung. Beispielsweise handelt es sich hierbei um Drehzahlsensoren oder Gangstellersensoren, die die Drehzahl bzw . Position von mechanischen Komponenten des Getriebes überwachen. Hierzu müssen die entspre ^¬ chenden Sensoren im Nahbereich der zu überwachenden Komponenten angeordnet werden. Dies erfolgt in der Regel innerhalb sogenannter Sensordome im Getriebegehäuse.

Dabei ist es gebräuchlich, eine mit einem oder mehreren Sensordomen verbundene Steuerelektronik mit den Sensordomen gemeinsam im Inneren des Getriebegehäuses anzuordnen, um die Signalübermittlungswege zwischen den Sensoren und der zugeordneten Elektronik möglichst kurz zu halten, so dass Messfehler vermieden oder reduziert werden können.

Aufgrund des begrenzten Bauraums im Getriebegehäuse ist es wün ^¬ schenswert, die Sensorbauteile besonders kompakt zu gestalten. Dies macht es allerdings oft notwendig, die äußere Form der Sensorbauteile für jedes Getriebe selbst neu auszulegen, was die Entwicklungs- und Herstellungskosten beträchtlich erhöhen kann. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sensorbauteil bereitzustellen, welches besonders kompakt und zugleich flexibel an unterschiedliche Getriebegeometrien anpassbar ist. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vormontageanordnung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Sensorbauteils bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Sensorbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Vormontageanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst.

Ein solches Sensorbauteil, insbesondere für ein Getriebe eines Kraftwagens, umfasst eine Leiterplatte mit einem ersten Leiter ^¬ plattenbereich und einem zweiten Leiterplattenbereich, wobei der erste Leiterplattenbereich durch eine Fräsnut vom zweiten Leiterplattenbereich abgegrenzt und gegen den zweiten Leiterplattenbereich entlang der Fräsnut abgewinkelt ist, und wobei ein Sensor, insbesondere ein magnetoresistiver Sensor oder ein Hall-Sensor, im oder am ersten Leiterplattenbereich angeordnet ist.

Die Fräsnut zwischen dem ersten und zweiten Leiterplattenbereich erhöht lokal die Flexibilität der Leiterplatte, so die Leiterplatte dort gebogen oder geknickt werden kann. Hierdurch kann der Winkel zwischen den Leiterplattenbereichen frei eingestellt werden. Dies ermöglicht eine flexible Anpassung der äußeren Form des Sensorbauteils als Ganzem an unterschiedliche Bauraumanforderungen. Aus diesem Grund ist es möglich, ein solches Sensorbauteil in unter ^¬ schiedlichen Getrieben einzusetzen, ohne dass eine vollständige Neuauslegung notwendig wird. Vielmehr kann die Anpassung an ein neues Getriebe lediglich durch passende Einstellung des Winkels zwischen den Leiterplattenbereichen erfolgen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor mittels einer Klemmvorrichtung an der Leiterplatte gehalten.

Dies stellt zunächst sicher, dass der Sensor spaltfrei an der Leiterplatte bzw. an weiteren Zusatzbauteilen, wie beispielsweise Magneten oder Polblechen gehalten ist. Auf diese Weise kann eine besonders hohe Messqualität des Sensors sichergestellt werden. Ferner kann die Klemmvorrichtung den Sensor auch vorpositionieren bzw. zentrieren und stellt sicher, dass dieser während folgender Montageschritte in seiner Sollposition verbleibt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umgreift die Klemmvorrichtung den ersten Leiterplattenbereich, so dass durch die Klemmvorrichtung eine Klemmkraft sowohl auf den auf einer ersten Seite des ersten Leiterplattenbereichs angeordneten Sensor als auch auf eine zweite Seite des ersten Leiterplattenbereichs ausgeübt wird.

Damit wird ein besonders guter Halt des Sensors an der Leiterplatte gewährleistet und eine gleichmäßige Krafteinleitung in den Sensor sichergestellt, so dass Beschädigungen vermieden werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die auf den Sensor ausgeübte Klemmkraft weniger als 10 N. So können auch besonders empfindliche Sensoren an der Leiterplatte fixiert werden, ohne dass das Risiko einer Beschädigung des Sensors durch die Klemmung auftritt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Klemmvorrichtung zumindest ein Federelement zum Ausüben der Klemmkraft auf den Sensor auf.

Auf diese Weise wird eine besonders einfach zu befestigende und gleichzeitig reversibel lösbare Klemmvorrichtung bereitgestellt. Beispielsweise können dann Fehlmontagen ohne weiteres schnell korrigiert werden, ohne dass Ausschuss entsteht.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Zusatzbauteil, insbesondere ein Ringmagnet und/oder ein Polblech und/oder ein Abschirmblech, im oder am ersten Leiterplattenbereich angeordnet.

Solche Zusatzbauteile können bei der Verwendung elektromagnetischer Sensoren den Feldlinienverlauf im Bereich des Sensors auf vorge ^¬ gebene Weise verändern. Dadurch kann die Empfindlichkeit und Ge ^¬ nauigkeit der Sensierung (Messwerterfassung) verbessert werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Zusatzbauteil durch die Klemmvorrichtung am ersten Leiterplattenbereich gehalten. In diesem Fall kann das Zusatzbauteil durch die Klemmvorrichtung nicht nur relativ zur Leiterplatte, sondern auch relativ zum Sensor ausgerichtet und sicher in dieser Position gehalten werden. Gerade bei der Verwendung von Ringmagneten mit magnetoresistiven Sensoren kann dadurch auch sichergestellt werden, dass kein Spalt zwischen dem Sensor und dem Ringmagnet entsteht, der zu Abweichungen vom gewünschten Feldverlauf führen würde.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Klemmvorrichtung zumindest zwei Federelemente auf, von denen ein Federelement zum Ausüben der Klemmkraft auf das Zusatzbauteil und/oder zum Ausrichten des Zusatzbauteils relativ zum Sensor dient.

Neben der Haltefunktion kann somit auch eine von der Ausrichtung zur Leiterplatte unabhängige Ausrichtung der Relativlage von Sensor und Zusatzbauteil erreicht werden. Da somit nur ein Federelement für die Haltefunktion optimiert werden muss, während das andere Federelement für die Ausrichtung ausgelegt werden kann, wird somit sowohl eine besonders sichere Halterung der jeweiligen Bauteile, als auch eine besonders gute Lagerorientierung der Bauteile zueinander und zur Leiterplatte sichergestellt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor und/oder das Zusatzbauteil im Bereich einer Durchgangsöffnung im ersten Leiterplattenbereich angeordnet.

Eine Durchgangsöffnung im Bereich des Sensors ermöglicht es, Zu ^¬ satzbauteile auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte anzuordnen, so dass bei besonders kompakter Bauweise ein direkter Kontakt zwischen Sensor und Zusatzbauteil besteht. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor mittels eines elektrischen Verbindungsmittels mit erstens zumindest einer Leiterbahn und/oder zweitens zumindest einem elektronischen Bauteil im zweiten Leiterplattenbereich elektrisch verbunden, wobei das elektrische Verbindungsmittel vorzugsweise ein Stanzblech ist.

Die Verwendung eines solchen elektrischen Verbindungsmittels ermöglicht eine Kontaktierung zwischen dem ersten und dem zweiten Leiterplattenbereich, die an jeden gewünschten Winkel zwischen den Leiterplattenbereichen angepasst werden kann.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der zweite Leiterplattenbereich zumindest eine Durchgangsöffnung auf, insbesondere im Bereich eines mit dem Sensor verbundenen elektronischen Bauteils, auf.

Eine solche Durchgangsöffnung bewirkt zum einen eine Spannungs ^¬ entlastung im Bereich des elektronischen Bauteils und vermindert somit beispielsweise Zugspannungen, die beim Verlöten des elekt ^¬ ronischen Bauteils auftreten können. Ferner kann bei einem späteren Umspritzen des Sensorbauteils mit einem Kunststoff die Spritzmasse in diese Durchgangsöffnung eindringen, so dass sich eine feste und sichere formschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoff und der Leiterplatte ergibt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Leiterplatte und der Sensor mit einem Kunststoff, insbesondere einem Duroplasten oder einem Thermoplasten, umspritzt. Dies schützt die Leiterplatte und den Sensor vor den mechanischen und chemischen Beanspruchungen im Inneren des Getriebegehäuses, wo das Sensorbauteil sowohl starken mechanischen Vibrationen, als auch thermischer und chemischer Korrosion durch das Getriebefluid ausgesetzt ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Sensorbauteil für eine Getriebesteuerung eines Automatikgetriebes eines Kraftwagens ausgebildet.

Hier kommen die genannten Vorteile besonders gut zum Tragen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vormontageanordnung für ein Sensorbauteil, insbesondere für ein Sensorbauteil der beschriebenen Art, wobei die Vormontageanordnung eine Leiterplatte mit einem ersten Leiterplattenbereich und einem zweiten Leiterplattenbereich umfasst, wobei der erste Leiterplattenbereich durch eine Fräsnut vom zweiten Leiterplattenbereich abgegrenzt ist und wobei ein Sensor, insbesondere ein magnetoresistiver Sensor oder ein Hall-Sensor, im ersten Leiterplattenbereich angeordnet und mittels einer Klemmvorrichtung am ersten Leiterplattenbereich gehalten ist.

Eine solche Vormontageanordnung wird vor dem endgültigen Umspritzen der Leiterplatte und des Sensors mit einem Kunststoff hergestellt und kann in dieser Form in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt werden. Die Klemmung durch die Klemmvorrichtung stellt sicher, dass sich die einzelnen Bauteile der Vormontageanordnung beim Abbiegen der Leiterplattenbereiche zueinander und beim Umspritzen nicht ver ^¬ schieben . Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Sensorbauteils, insbesondere eines Sensorbauteils der vorstehend beschriebenen Art, mit den Schritten:

- Bereitstellen einer Leiterplatte mit einem ersten Leiterplattenbereich und einem zweiten Leiterplattenbereich, wobei der erste Leiterplattenbereich durch eine Fräsnut vom zweiten Leiterplattenbereich abgegrenzt ist;

- Anordnen eines Sensors im ersten Leiterplattenbereich;

- Vorfixieren des Sensors am ersten Leiterplattenbereich mittels einer Klemmvorrichtung;

- Einlegen der Leiterplatte in ein Spritzgusswerkzeug, wobei beim Einlegen ein vorgegebener Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Leiterplattenbereich vorgegeben wird;

- Umspritzen der Leiterplatte mit einem Kunststoff, insbesondere mit einem Duroplasten oder Thermoplasten.

Dies ermöglicht die schnelle und flexible Herstellung eines Sen ^¬ sorbauteils der vorstehend beschriebenen Art. Um unterschiedliche Winkel zwischen den Leiterplattenbereichen einzustellen, muss dabei lediglich das Spritzgusswerkzeug angepasst werden. Dies ist in der Regel jedoch auf einfache Weise durch unterschiedliche Einleger, Schieber oder dergleichen zu verwirklichen, so dass am grundsätzlichen Aufbau des Spritzgusswerkzeugs keine Veränderungen vorgenommen werden müssen. Damit ist eine besonders kostengünstige Herstellung von an verschiedene Einbauorte angepassten Sensorbauteilen möglich.

Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Leiterplatte mit einem Sensor für ein Ausführungsbeispiel eines erfin ^¬ dungsgemäßen Sensorbauteils;

Fig. 2 eine Längsschnittdarstellung durch die Leiterplatte und den Sensor nach Fig. 1 ;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer Vormontageanordnung mit einer Klemmvorrichtung für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorbauteils;

Fig. 4 eine Längsschnittdarstellung durch die Vormontageanordnung nach Fig. 3;

Fig. 5 eine Längsschnittdarstellung durch die Vormontageanordnung nach Fig. 3 im Bereich der Klemmvorrichtung;

Fig. 6 eine Querschnittdarstellung durch die Vormontageanordnung nach Fig. 3 im Bereich der Klemmvorrichtung;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines mit einem Kunststoff umspritzten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorbauteils; und

Fig. 8 eine Längsschnittdarstellung des Sensorbauteils nach Fig.

7. Ein in Fig. 1 gezeigtes, im Ganzen mit 10 bezeichnetes Sensorbauteil umfasst eine Leiterplatte 12 mit einem ersten Leiterplattenbereich 14 und einem zweiten Leiterplattenbereich 16. Zwischen den Leiterplattenbereichen 14, 16 ist eine Fräsnut 18 eingebracht. Die Leiterplattenbereiche 14, 16 sind um einen Winkel von 0° bis 120°, bevorzugt von 1° bis 90° gegeneinander abgewinkelt, um das Sen ^¬ sorbauteil 10 an den zur Verfügung stehenden Bauraum anzupassen.

Die Leiterplatte 12 kann aus üblichen Materialien wie beispielsweise faserverstärktem Epoxidharz, Polyimid, bestehen und weist bevorzugt eine Materialstärke von 1,00 mm bis 2,50 mm , besonders bevorzugt von 0,80 mm bis 2,20 mm auf. Im Bereich der Fräsnut 18 ist die Materialstärke reduziert, um das Abwinkein der Leiterplattenbe ^¬ reiche 14, 16 gegeneinander zu ermöglichen.

Im zweiten Leiterplattenbereich 16 sind elektronische Komponenten 20 angeordnet, die zur Ansteuerung eines im ersten Leiterplat ^¬ tenbereich 14 angeordneten Sensors 22 dienen. In den Figuren ist dabei lediglich eine elektronische Komponente 20 exemplarisch dargestellt. Die elektronischen Komponenten können beispielsweise Schaltungen zur Vorverstärkung oder Filterung eines Signals des Sensors 22 ausbilden. Bei dem Sensor 22 handelt es sich vorzugsweise um einen magnetoresistiven Sensor oder einen Hall-Sensor, mit welchen beispielsweise eine Drehzahl oder eine räumliche Lage oder Bewegung eines Getriebebauteils erfasst werden kann.

Zur elektrischen Verbindung des Sensors 22 mit den elektronischen Komponenten 20 dient ein Stanzgitter 24, welches sich über die Fräsnut 18 erstreckt und mit den Leiterplattenbereichen 14, 16, bzw. darauf angeordneten Bauteilen verlötet ist. Wie in der Schnittdarstellung in Fig. 2 zu erkennen, sind sowohl der Sensor 22, als auch zumindest eine elektronische Komponente 20 des ersten Leiterplattenbereichs im Bereich jeweiliger Durchgangs ^¬ öffnungen 26, 28 durch den ersten bzw. zweiten Leiterplattenbereich 14, 16 angeordnet.

Die Durchgangsöffnung 28 im zweiten Leiterplattenbereich 16 dient dabei im Wesentlichen der Zugentlastung bezüglich thermischer Spannungen, die beim Verlöten der elektronischen Komponenten 20 entstehen können. Ferner kann bei einem späteren Umspritzen des Sensorbauteils 10 die Spritzgussmasse in die Durchgangsöffnung 28 eindringen und so einen Formschluss mit der Leiterplatte 12 aus ^¬ bilden .

Die Durchgangsöffnung 26 im ersten Leiterplattenbereich 14 nimmt dagegen einen Ringmagneten 30 auf, der so in besonders kompakter Bauweise in direkten Kontakt mit dem Sensor 22 gebracht werden kann. Durch einen solchen Ringmagneten 30 kann der Feldlinienverlauf im Bereich des Sensors 22 angepasst werden, um dessen Genauigkeit und Empfindlichkeit zu verbessern.

Um den Sensor 22 und den Ringmagneten 30 sowohl zueinander, als auch bezüglich des ersten Leiterplattenbereichs 14 zu positionieren und zu fixieren, wird vor dem Umspritzen des Sensorbauteils 10 eine Klemmvorrichtung 32 angebracht, wie in den Figuren 3 und 4 zu erkennen ist. Die Klemmvorrichtung 32 umgreift den ersten Leiterplattenbereich 14 und übt bevorzugt eine Klemmkraft auf den Sensor 22, den Ringmagneten 30, sowie der erste Seite 34 und die zweite Seite 36 des ersten Leiterplattenbereichs 14 aus. Die auf den Sensor 22 wirkende Klemmkraft ist dabei vorzugsweise geringer als 10 N, um eine Beschädigung des Sensors 22 zu verhindern. Die Gestaltung der Klemmvorrichtung 32 ist im Detail in den Figuren 5 und 6 gezeigt. Ein erster Teilbereich 40 der Klemmvorrichtung 32 ist auf der ersten Seite 34 des ersten Leiterplattenbereichs 14 angeordnet und übt mittels eines ersten Federelements 38 die ge ^¬ wünschte Klemmkraft auf den Sensor 22 aus. Ein zweiter Teilbereich 42 der Klemmvorrichtung 32 umgreift den ersten Leiterplattenbereich 14 von dessen zweiter Seite 36 her und wirkt mittels mehrerer Stützelemente 44 als Gegenhalter für die Klemmkraft. Hierdurch werden der Sensor 22 und der Ringmagnet 30 sowohl gegeneinander, als auch gegen die Leiterplatte 12 fixiert.

Im in Fig. 6 gezeigten Querschnitt durch die Klemmvorrichtung 32 ist zu erkennen, dass diese im zweiten Teilbereich 42 zwei weitere Federelemente 46 aufweist. Diese umgreifen den Ringmagneten 30, um ihn auch in dieser Richtung sicher bezüglich des Sensors 22 und der Leiterplatte 12 zu positionieren (bzw. zu zentrieren) und zu halten.

Nachdem der Sensor 20 und der Ringmagnet 30 auf diese Weise durch die Klemmvorrichtung 32 gesichert sind, wird die so gebildete Vormontageanordnung 48 in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt. Beim Verschließen des Spritzgusswerkzeugs wird aufgrund der Werkzeug ^¬ geometrie der gewünschte Winkel zwischen den Leiterplattenbereichen 14, 16 eingestellt. Anschließend wird die Vormontageanordnung 48 mit einem Kunststoff, insbesondere mit einem Thermoplasten oder

Duroplasten umspritzt. Bevorzugt wird dabei ein Kunststoff aus der Gruppe der Duroplasten verwendet.

Auf diese Weise wird ein Kunststoffgehäuse 50 um die Vormonta ^¬ geanordnung 48 herum gebildet, welches die Leiterplatte 12 mit den elektronischen Komponenten 20, dem Sensor 22 und dem Ringmagneten 30 vor Beschädigung und Korrosion schützt. Insgesamt wird so ein Sensorbauteil 10 geschaffen, welches flexibe an unterschiedliche Bauraumansprüche angepasst werden kann und dabe dennoch einfach herzustellen ist.