Beschreibung

Titel

Reifensensormodul und Verfahren zu seiner Herstellung

Stand der Technik

Reifensensoren werden insbesondere zur Messung des Reifendrucks, d.h. als so genannte Reifendruckkontrollsysteme (TPMS) verwendet. Sie werden üblicherweise als Sensormodule an der Felge oder am Ventil des Reifens angebracht und übertragen ihre Daten drahtlos mit Hilfe einer Antenne an eine Empfangseinrichtung des Fahrzeuges, die sie zu einem zentralen Steuergerät des Fahrzeuges weiterleitet.

Die Antenne ist im Allgemeinen als Draht außerhalb des Sensors vorgesehen. Bei der Montage des Sensormoduls im Reifen durch z.B. Einvulkanisieren ist die Antenne daher ihrer Konstruktion entsprechend auszurichten, was entsprechend aufwendige Montageschritte zur Folge hat.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß ist die Antenne des Reifensensormoduls in oder an dem Gehäuse des Reifensensormoduls vorgesehen, d.h. sie ist nicht in dem Gehäuseinnenraum oder außerhalb des Gehäuses vorgesehen, sondern in dem Gehäusematerial vorgesehen, z. B. integriert, oder an einer Gehäuseseite ausgebildet. Sie kann insbe- sondere an der Gehäuseinnenseite ausgebildet sein.

Somit kann die Antenne nicht beim Einvulkanisieren verformt oder in ihrer Ausrichtung verändert werden, wie es bei Anordnungen außerhalb des Gehäuses möglich ist. Weiterhin nimmt die Antenne auch keinen Bauraum im Gehäuseinnenraum ein, in dem der Schaltungsträger mit zumindest dem Sensorelement und gegebenenfalls weiteren Bauelementen angebracht wird. Es steht somit bei einer gegebenen Gehäusegröße ein größerer Gehäuseinnenraum als Sensorbauraum zur Verfügung.

Die Antenne kann dennoch mit großer Antennenlänge ausgebildet werden, indem sie sich mit entsprechender Länge in oder an dem Gehäuse erstreckt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest das Gehäuse, vor- teil hafterweise sowohl Gehäuse als auch Schaltungsträger, rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Antenne kann hierbei schraubenförmig bzw. heiisch in oder an dem Gehäuse verlaufen und somit eine große Antennenlänge einnehmen. Bei einer derartigen Helix-Form sind die Antenneneigenschaften, insbesondere die Abstrahlcharakteristik, in der Ebene senkrecht zur Schraubenachse im Wesentlichen isotrop bzw. gleichmäßig.

Das erfindungsgemäße Reifensensormodul kann somit ohne Ausrichtung in dem Reifen angebracht werden; es kann z.B. im Gummimaterial, insbesondere im Bereich der Lauffläche einvulkanisiert werden.

Die Antenne kann hierbei gemäß einer ersten alternativen Ausführungsform an einer Gehäuseseite, vorzugsweise der Gehäuseinnenseite, als Antennen- Metallschicht ausgebildet werden. Hierzu wird vorteilhafterweise ein Laser-direkt- Strukturierungsverfahren (LDS) verwendet, wozu zumindest ein Bereich des Ge- häuses aus einem laseraktivierbaren Thermoplast hergestellt ist.

Bei einem derartigen Herstellungsverfahren ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass die Geometrie der Antenne flexibel an die verschiedenen Applikationen angepasst werden kann. Bei dem Laser-Direkt-Strukturierungsverfahren wird ein schreibendes Belichtungsverfahren verwendet, so dass für unterschiedliche Varianten lediglich der Datensatz, z. B. ein CAD-CAM-Datensatz der Lasersteuerung, zu ändern ist.

Gemäß einer hierzu alternativen zweiten Ausführungsform kann die Antenne als metallisches Einlegeteil in das Spritzgusswerkzeug eingelegt und dann vom Gehäu- sekunststoff umspritzt werden. Hierdurch ergibt sich ein einfaches und kostengünstiges Herstellungsverfahren.

Die Kontaktierung des Schaltungsträgers mit der Antenne kann mittels einer leitfähigen Klebstoffverbindung zwischen Schaltungsträger und Gehäuse erfolgen, wobei die Einklebung eine sichere Aufnahme des Schaltungsträgers im Gehäuse ermög-

licht. Anstelle der leitfähigen Klebstoffverbindungen sind auch Druckkontakte, Klemm- oder Einpressverbindungen möglich, so dass keine Klebung bei der Endmontage der Leiterplatte im Gehäuse erforderlich ist. Weiterhin ist auch eine kontaktfreie, insbesondere induktive oder kapazitive Verbindung der Antenne mit dem Schaltungsträger möglich, so dass keine aufwendige elektrische Kontaktierung zwischen dem Schaltungsträger und dem Sensorgehäuse erforderlich ist. Hierdurch wird die Montage des Schaltungsträgers in dem Gehäuse deutlich vereinfacht.

Der Schaltungsträger bzw. das Substrat kann insbesondere eine Leiterplatte sein, auf der neben dem Sensorelement bzw. Sensor-IC noch weitere Bauelemente, insbesondere ein Auswerte- und Steuer-ASIC sowie ein RF-ASIC angebracht sein können. Derartige Funktionen können jedoch grundsätzlich auch ganz oder teilweise auf dem Sensor-IC integriert sein.

Das erfindungsgemäße Reifensensormodul kann grundsätzlich sämtliche Messanwendungen von Reifensensoren verwirklichen, insbesondere zur Messung des (Reifeninnen-) Drucks, der Temperatur oder Beschleunigungen bzw. Vibrationen. Die verschiedenen Funktionen können bei Verwendung mehrerer Sensorelemente auch kombiniert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Reifensensormodul bei geöffnetem Gehäuse in perspektivischer Ansicht; Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Gehäuseteils mit Antenne gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch das Reifensensormodul der ersten

Ausführungsform mit beschichteter Antenne;

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch das Reifensensormodul einer zweiten Ausführungsform mit eingegossener Antenne

Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren gemäß der beiden Ausführungsformen.

Ausführungsformen der Erfindung

Ein erfindungsgemäßes Reifensensormodul 1 weist ein Gehäuse 2 mit einem oberen Gehäuseteil 2a und einem unteren Gehäuseteil 2b auf, die in einer Schweißverbindung 3 miteinander verbunden sind und einen Gehäuseraum 4 zwischen sich definieren. Zumindest für Druckmessungen ist das Gehäuse 2 nicht hermetisch dicht ausgebildet.

In dem Gehäuseraum 4 ist ein Schaltungsträger 6, z.B. eine Leiterplatte 6 oder auch ein keramisches Substrat, aufgenommen, auf dem ein Sensorelement 7 (Sensor- IC), sowie weitere Bauelemente angebracht sind, z.B. ein Auswerte- und Steuer- ASIC 8 zur Aufnahme der Messwerte des Sensorelementes 7, gegebenenfalls auch zur Auswertung dieser Messsignale, ein RF- ASIC 9 und ein Oszillator 10. der Schaltungsträger 6 kann z. B. auf eine Schulter 11 des Gehäuseteils 2a aufgesetzt werden.

Das Sensorelement 7 kann zur Messung unterschiedlicher Messgrößen eingesetzt werden, insbesondere zur Messung des Reifendrucks, weiterhin zur Messung der Innentemperatur im Reifen oder von Beschleunigungen bzw. Vibrationen. Das Reifensensormodul 1 kann insbesondere auch mehrere Sensorelemente 7 zur Messung mehrerer derartiger Zustandsgrößen bzw. Messwerte aufweisen.

Eine Antenne 14, 24 ist erfindungsgemäß in oder an dem Gehäuse 2 ausgebildet, d.h. nicht im Gehäuseinnenraum 4 oder außerhalb des Gehäuses 2, sondern im Gehäusematerial oder an der Innen- oder Außenseite. Gemäß der ersten Ausführungsform der Figuren 1 bis 3 ist die Antenne 14 als Metallschicht an der Innenseite 16 des Gehäuses 2, z.B. des ersten Gehäuseteils 2a, ausgebildet. Hierzu ist das Gehäuse 2 - oder ein Gehäuseteil 2a - aus einem laseraktivierbaren Kunststoff, insbesondere Thermoplast hergestellt, z.B. aus Polymertypen LCP, PA6/6T oder PBT. Derartige Kunststoffe sind mit metallorganischen Substanzen dotiert, die nach Freilegung durch den Laser als aktivierte Keime eine nachfolgende stromlose Metal- lisierung ermöglichen. Die metallorganische Substanz kann hierbei im Kunststoff gelöst oder feinstdispergiert vorliegen; sie kann z. B. eine Chelat-Komplex- Verbindung eines Edelmetalls sein, z. B. auf Palladium- oder Kupferbasis. Bei der Laserstrukturierung wird weiterhin eine Oberflächenstruktur an der Grenzfläche Kunststoff- Metall erzeugt, die für eine hohe Haftung bei der nachfolgenden nass- chemischen Metallbeschichtung geeignet ist.

Gemäß der zweiten Ausführungsform der Fig. 4 ist die Antenne 24 als metallisches Einlegeteil 24 in ein Gehäuseteil 2a eingegossen, wozu sie bei der Herstellung in das verwendete Spritzwerkzeug eingelegt wird.

Die Antenne 14, 24 kann bei beiden Ausführungsformen insbesondere als Helix- Antenne bzw. schraubenförmige Antenne ausgebildet sein, wozu das Gehäuse 2 vorteilhafterweise zylindrisch ausgebildet ist. Somit kann eine große Antennenlänge ausgebildet werden, deren Länge sich entsprechend aus dem Innenumfang des Gehäuses 2 und der Anzahl der Windungen bzw. Wicklungen ergibt.

Die Antenne 14, 24 ist mit dem Schaltungsträger 6 in einer Antennenverbindung 18 verbunden. Hierbei sind gemäß einer Ausführungsform elektrische Kontaktierungen möglich. Eine derartige elektrische Kontaktierung kann zum einen erfolgen, indem zumindest im Bereich der Kontaktierung der Antenne 14, 24 mit dem Schaltungsträger 6 ein Leitkleber verwendet wird, d.h. der Schaltungsträger 6 ist auf der Schulter 11 des Gehäuses 2 mittels einer Klebeverbindung 12 befestigt, wobei die Klebeverbindung 12 oder ein Teilbereich der Klebeverbindung 12 elektrisch leitfähig ist und eine Kontaktierung des Schaltungsträgers 6 (bzw. eines Diepads oder Kontaktpads des Schaltungsträgers 6) mit einem Kontaktpad 17 des Gehäuses 2 bewirkt, an den die Antenne 14 oder 24 angeschlossen ist. Hierbei kann ergänzend ein Underfiller zur Erhöhung der mechanischen Stabilität unter den Schaltungsträger gebracht werden.

Alternativ hierzu sind auch Ausbildungen der Antennenverbindung 18 als Druckkontakte, Klemm- oder Einpressverbindungen möglich, so dass bei der Endmontage des Schaltungsträgers 6 in das Gehäuse 2 keine Klebeverbindung 12 erforderlich ist und die Positionierung und Befestigung des Schaltungsträgers 6 sowie Kontaktierung der Antenne 14, 24 vollständig über Klemm- und Rastmechanismen erfolgen kann.

Weiterhin kann die Antennenverbindung 18 auch kontaktlos, insbesondere induktiv oder kapazitiv ausgebildet sein, so dass die aufwendige elektrische Verbindung zwischen dem Schaltungsträger 6 und der Antenne 14, 24 entfällt.

Das Reifensensormodul 1 kann insbesondere als Transponder wirken, das über die Antenne 14, 24 Abfragesignale RFl aufnimmt und aus Messsignalen des Sensorelementes 7 Aussendesignale RF2 bildet, die wiederum über die Antenne 14 oder 24 ausgesandt werden.

Die Herstellungsverfahren der beiden Ausführungsformen sind in Fig. 5 beschrieben. Die Herstellung gemäß der ersten Ausführungsform erfolgt, indem (nach dem Start in Schritt SO) das Gehäuse 2 bzw. ein Gehäuseteil 2a in Schritt Sl aus einem laseraktivierbaren Thermoplast spritzgegossen wird, und anschließend in Schritt S2 als erster Prozessschritt des Laser-Direkt- Strukturierungs-Verfahrens (LDS) die Innenseite 16 des Gehäuses 2 bzw. des Gehäuseteils 2a belichtet wird, woraufhin in Schritt S3 nasschemisch ein Metall z. B. Cu an den belichteten Stellen abgeschieden wird. Das Cu kann verstärkt und kann mit einem Oberfächenfinish z. B. aus chemisch Ni und Immersion-Au versehen werden. In Schritt S4 erfolgt der Einsatz des Schaltungsträgers 6 in das Gehäuse 2 bzw. den Gehäuseteil 2a, wobei auch die Kontaktierung der Antenne 14 mit dem Schaltungsträger 6 erfolgt. In Schritt S5 wird das Gehäuse durch Verschweißen der Gehäuseteile 2a, 2b verschlossen.

Gemäß der zweite Ausführungsform wird in Schritt S7 die Antenne 24 als metalli- sches Einlegeteil in eine Gussform bzw. Spritzgusswerkzeug gelegt, in Schritt S8 nachfolgend in das Gehäuseteil 2a eingespritzt, woraufhin wiederum gemäß Schritt S4 der Schaltungsträgers 6 in das Gehäuse 2 bzw. den Gehäuseteil 2a eingesetzt wird unter Kontaktierung der Antenne 14 mit dem Schaltungsträger 6.

Das so hergestellte Reifensensormodul 1 kann insbesondere in einem nachfolgenden Schritt S6 in das Gummimaterial eines Reifens30 einvulkanisiert werden. Da das Reifensensormodul 1 der gezeigten Ausführungsform rotationssymmetrisch ausgebildet ist und seine Antenne 14 zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist, nämlich aufgrund der Helix-Form bzw. Schraubenform eine im Wesentlichen gleichmäßige Abstrahlcharakteristik in der Ebene senkrecht zur

Schraubenachse aufweist, ist auch eine Anbringung des Reifensensormoduls 1 im Reifen ohne Ausrichtung in bestimmten Ebenen möglich. Das erfindungsgemäße Reifensensormodul 1 kann somit z.B. auch in der Lauffläche, z.B. im Bereich des Stahlgürtels, einvulkanisiert werden.