CN105190271B - 用于将变形传感器接驳到信号处理电路上的电路板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将变形传感器(16、18)接驳到信号处理电路(28)上的电路板(4)，该变形传感器布置在滚动轴承外圈(6)的径向外侧上，该电路板包括：带圆筒开口的圆筒状的承载板(20)，在圆筒开口中可以与圆筒状的承载板(20)同中心地容纳滚动轴承外圈(6)；圆筒状的承载板(20)上的电接触垫(22)，其用于与变形传感器(16、18)电接触；以及与电接触垫(22)电连接的电导体轨迹(26)，其设置用于接收来自变形传感器(16、18)的信号并且将其传输给信号处理电路(28)。

Description

用于将变形传感器接驳到信号处理电路上的电路板

技术领域

本发明涉及一种用于将变形传感器接驳到信号处理电路上的电路板，该变形传感器布置在滚动轴承外圈的径向外侧上，并且本发明还涉及一种用于车辆的具有电路板的车轮轴承。

背景技术

由DE 101 64 929 B4公知的是，在车轮轴承的外圈的径向外侧上在周边上布置有变形传感器，它们接收作用到外圈上的变形力，并且以可检测的电信号的形式显示。基于这些信号，就可以检测沿所有空间方向作用到外圈上的变形力，以便利用这些变形力例如使车辆稳定。

发明内容

本发明的任务是改进提出的车轮轴承。

根据本发明的观点，用于将布置在滚动轴承外圈的径向外侧或滚动轴承内圈的径向内侧上的变形传感器接驳到信号处理电路上的电路板，该电路板包括：

-带圆筒开口的圆筒状的承载板，在圆筒开口中可以与圆筒状的承载板同中心地容纳滚动轴承外圈，或者在其从圆筒开口向外看的径向外侧上，可以与圆筒开口同中心地布置滚动轴承内圈，

-圆筒状的承载板上的电接触垫，其用于与变形传感器电接触，以及

-与电接触垫电连接的电导体轨迹，这些导体轨迹设置用于接收来自变形传感器的信号并且将其传输给信号处理电路。

提出的方法基于如下考虑：在开头提及的车轮轴承中，由变形传感器发出的信号仅具有非常小的功率，并且因此具有很小的信号带相对噪声带的间距。因此，限制了用来传输这些信号的电线路的可定规格的长度。但是另一方面，在提出的方法的框架内认可的是正好在车辆区域中在传感器与电路之间经常必须留出数米，该电路进一步使用传感器的信号用于信息处理。在此，之前提到的信号淹没在背景噪声中。

为了解决这个问题，在提出的方法的框架内建议：电路板直接施装到滚动轴承的外圈上。电路板在其形状上匹配于外圈。通过与外圈的形状匹配的电路板，任意的电路元件都可以引入到变形传感器的附近，从而可以高效且在干扰影响很小的情况下利用其信号。

变形传感器可以任意地选择。因此，可以采用例如公知的应变片或者表面波滤波器作为表面传感器。在此，表面波滤波器是由压电材料构成的构件。对该材料进行结构化，从而使其具有限定的过滤特性/传播时间特性。由于机械变形，过滤特性/传播时间特性会发生变化，这可以利用评估电路来检测。

因此，圆筒状的承载板在提出的电路板中充当布线承载件。虽然它可以以任意方式来制造，但是应该由电绝缘的材料来构建。特别优选的是，圆筒状的承载板是在大批量生产中可以特别经济地制成的注塑体。在此，作为喷注技术可以选择对于本领域技术人员所公知的1K或2K喷注技术。

作为用于圆筒状的承载板的原材料，可以使用各种任意的电绝缘材料。如果例如选择了像被称为PPS的聚苯硫醚那样的塑料或者被称为LCP的液晶聚合物，圆筒状的承载板将要承载的导体轨迹与其他电结构元件彼此电绝缘，并且此外该承载板还具有最佳的机械稳定性，以便例如吸收作用到外圈上的振动，并且因此保护了要承载的导体轨迹和其他电结构元件以防疲劳断裂和其他机械损坏。因此，圆筒状的承载板不仅承载电布线，而且还充当减振器。

根据上述的喷注过程，圆筒状的承载板可以部分地涂层有可导电的表面。为此，承载板的表面可以在要以可导电的方式进行涂层的部位上利用公知的手段、例如激光结构化来预处理，以便支持接下来的部分涂层过程。最后，可以在圆筒状的承载板的涂层表面上再加工出接触面，以便确保例如与上述信号处理元件或评估电子器件的可靠的电接触。在此，这种再加工可以包括对接触面的磨光和/或表面清洁和/或电镀过程。在此，表面清洁可以通过等离子处理、激光处理、湿浸和/或公知的二氧化碳喷射来进行。

在此，承载板的圆筒形状可以任意地构造。圆筒形状可以围住滚动轴承外圈或滚动轴承内圈的周边，但是不必非要如此。承载板的两个在圆周方向上观察的端部也可以利用像桥接件或卡圈这样的保持元件保持在一起。在滚动轴承内圈的内侧上，承载板在圆周方向上原则上根本无需闭合就可以确保机械的稳定性。

在本发明的框架内，圆筒形状应该以如下方式来设计，即，使承载板在圆周方向上围嵌(umgreifen)滚动轴承外圈，或在圆周方向上在滚动轴承内圈的内侧上延伸。

对于测量施加到车轴或车桥上的力而言并不重要的是，提出的电路板最后实际上是安装在滚动轴承内圈或滚动轴承外圈上，还是必要时安装在车轴或车桥上。当提出的电路板可以安装到滚动轴承外圈上时，那么它也可以安装到车轴上。

在一种改进方案中，提出的电路板包括承载在承载板上的信号处理电路的至少一部分。该部分例如可以是信号预处理元件，利用这些信号预处理元件可以使来自变形传感器的用于在较长的路段上进一步传输的信号做好准备。也可以实现完整的评估电子器件，该评估电子器件发出可翻译的测量信号，并且发送给更高级的导向层面、例如用于车辆的内燃机的马达控制装置。以这种方式，可以增加来自变形传感器的信号的上述信号带相对噪声带的间距，并且改进了信号的质量。

在提出的电路板的另一改进方案中，接触垫和导体轨迹布置在圆筒状的承载板的径向外侧上。以这种方式，无论该电路板是否首先安装在滚动轴承的外圈上，它都可以被装配以信号处理电路部分，这是因为圆筒状的承载板的径向外侧在其安装到外圈上之后仍是可以够到的。

在一种附加的改进方案中，提出的电路板包括穿过圆筒状的承载板的用于引导电线路的径向通孔，该电线路将变形传感器与接触垫电连接。径向通孔允许了首先将变形传感器构造或紧固在滚动轴承的外圈上，紧接着将圆筒状的承载板推移到外圈上，并且最后利用工具(例如压焊工具)将变形传感器与圆筒状的承载板上的电导体轨迹电接触。

为了电接触，在此以本身就公知的方式可以使用丝焊、柔性的导体膜或者被称为TAB的卷带自动结合技术。

在一种特别的改进方案中，提出的电路板包括套筒，在该套筒中可以同中心地容纳圆筒状的承载板。在该特别的改进方案中，套筒充当用于圆筒状的承载板和构造在其上的电路的护罩，以防机械和/或电的环境影响、例如机械污物和/或电磁干扰，并且于是例如可以改进圆筒状的承载板的机械抵抗能力和/或被称为EMV的电磁兼容性。为此，套筒特别优选地由具有很高机械强度的可导电的材料、例如金属制成。在此，套筒可以任意地构造，例如由网格或者均质的金属壁构成，和/或在轴向上敞开或在轴向上封闭。

在一种优选的改进方案中，沿径向在承载板与套筒之间，特别是在圆筒状的承载板和变形传感器上的电接触部位的区域中，至少部分地容纳有填充材料。填充材料包覆电结构元件，例如圆筒状的承载板上的电路与变形传感器之间的电连接部，该填充材料保护该电连接部以防环境影响，并且充当抵抗震动的机械阻尼件。附加地，套筒可以支撑在承载板上。在此，填充材料可以是被称为SilGel的硅凝胶，该硅凝胶可以匹配于圆筒状的承载板与套筒之间的径向间隙的形状，从而可以在制造提出的电路板时的任意时刻将该填充材料引入到该径向间隙中。

在另一改进方案中，提出的电路板包括至少两个布置在圆筒状的承载板上的支撑元件，它们在圆筒状的承载板的径向内侧上径向向内指向。虽然支撑元件使圆筒状的承载板在外圈上的机械保持得到稳定，但是也使圆筒状的承载板在径向上与该外圈保持间距，并且使得变形传感器不碰到圆筒状的承载板并且因此不被损坏。

在一种特别的改进方案中，提出的电路板包括布置在圆筒状的承载板上的第三支撑元件，其在圆筒状的承载板的径向内侧上径向向内指向，并且与另外两个支撑元件相比在径向上构造得更短。在此，沿轴向在该第三支撑元件与另外两个支撑元件中的一个之间可以布置有变形传感器，其中，上述径向通孔于是可以相应地构造在该部位上。沿圆筒状的承载板朝向外圈的轴向推移方向来看，两个支撑元件中在径向上较短的那个可以支承在两个支撑元件中在径向上较长的那个之前。以这种方式，在径向上较短的支撑元件可以沿径向方向被推动越过变形传感器，而不会损坏该变形传感器。在推移到外圈上的状态下，例如在变形传感器与圆筒状的承载板上的电路电接驳的情况下或者在其他机械负荷下，在径向上较短的支撑元件径向支撑圆筒状的承载板，并且进一步减少施加到其上的机械负荷。

在提出的电路板的一种特别优选的改进方案中，圆筒状的承载板包括另外的第四支撑元件，该第四支撑元件沿径向构造在圆筒状的承载板与套筒之间，以便在机械上使套筒稳定并避免其振动。

根据本发明的另一方面，用于车辆的车轮轴承包括经由滚动元件以可扭转的方式支承在外圈中的内圈、布置在外圈的径向外侧上的变形传感器和一个提出的电路板，其用于将变形传感器电连接到信号处理电路上。

在一种改进方案中，提出的车轮轴承包括在外圈的径向外侧上的另一变形传感器，其与所述变形传感器在轴向上间隔开地并且与所述变形传感器对立地布置在外圈的径向阶梯部上，其中，圆筒状的承载板相应地构造成阶梯状。当圆筒状的承载板以上述方式被推移到外圈上时，通过外圈和圆筒状的承载板的阶梯状的实施方案，避免了承载板机械地碰到并损坏其中任一变形传感器。

在提出的车轮轴承的一种特别优选的改进方案中，外圈包括径向向外凸出的凸缘，用以紧固在车辆的减震支柱上，圆筒状的承载板在轴向上抵靠在该凸缘上。也就是说，变形传感器相对于车辆抗相对转动地(drehfest)安装，并且因此可以确定外圈相对车辆位置固定的变形。

在此，车轮轴承本身可以是自第二代起的任意的车轮轴承。作者Bernd Heissing的专业书籍“Fahrwerkhandbuch(交通工具手册)”Vieweg+Teubner出版社，2011年，第三版，ISBN 978-3-8348-0821-9中可以获知相关背景知识。

附图说明

与以下结合附图对实施例的详细阐述相结合，使本发明的上述特性、特征和优点以及如何实现它们的方式和方法可以更明确地理解，其中：

图1示出车轮轴承带提出的电路板的部分的示意图；以及

图2示出图1的电路板的示意性俯视图。

在附图中，相同的技术元件配设有相同的附图标记，并且仅描述一次。

具体实施方式

参照图1，图1以沿周向的截面图示出车轮轴承2带提出的电路板4的部分的示意图。

车轮轴承2构造为滚动轴承，除了未进一步示出的内圈之外，该车轮轴承还具有外圈6和滚动元件8，经由该滚动元件，内圈能够相对外圈6扭转。车轮轴承2构造为公知的例如在WO 2007/125 646A1中所描述的第二代车轮轴承。由该文献可以获知有关第二代车轮轴承的细节。

凸缘10沿径向从外圈6凸出，紧固孔12沿轴向延伸穿过该凸缘。因此，未示出的螺栓可以沿轴向被引导穿过紧固孔12，经由该螺栓，车轮轴承2的外圈6例如可以紧固在未进一步示出的车辆的未示出的减震支柱上。

外圈6具有径向的阶梯部14。在径向的阶梯部14上，围绕外圈6的周边放置有第一应变片16形式的第一变形传感器。在本实施方式中，可以有例如十一个第一应变片16围绕外圈6放置在第一阶梯部14上，其中，在图1中仅示出了这些第一应变片16中的一个。在轴向上在第一阶梯部14之前，围绕外圈6的周边放置有第二应变片18形式的第二变形传感器。在本实施方式中，可以有例如七个第二应变片18围绕外圈6在轴向上放置在第一阶梯部14之前，其中，在图1中仅示出了这些第二应变片18中的一个。

应变片16、18可以用于确定施加到滚动轴承上的机械负荷，如例如由DE 101 64929 B4公知的那样。从该文献中可以获知相关的细节，因此不对其进行详细描述。

然而，为了确定先前提到的机械负荷，必须将来自应变片16、18的信号传输给上级信号处理单元。因为来自应变片16、18的信号在其振幅上是非常小的，所以特别是在车辆中，必须就地对这些信号至少进行中间处理，否则这些信号可能淹没在背景噪声中。

出于这个原因，在本实施方式中，在外圈6上装有电路板4，该电路板可以接受并处理应变片16、18的信号。

电路板4包括圆筒状的承载板20，在该承载板上构造出接触垫22。通孔23在径向上延伸穿过圆筒状的承载板20。接触垫22可以经由延伸穿过通孔23的焊线24与应变片16、18电接触。经由在图2中所示的导体轨迹26，接触垫22以及进而电接触的应变片16、18可以与电结构组件28电连接，这些电结构组件预处理和/或评估来自应变片16、18的信号。

圆筒状的承载板20类似于外圈6那样也构造有阶梯部14，并且经由三个围绕外圈6的周边延伸的第一支撑元件30支撑在外圈6上。在此，三个第一支撑元件30中的一个从圆筒状的承载板20的阶梯部14出发径向向下延伸到外圈6的阶梯部14。另外两个第一支撑元件30从圆筒状承载板20的阶梯部14出发径向向下延伸到外圈6。沿圆筒状的承载板20朝向外圈6的推移方向32来看，三个第一支撑元件30在此分别布置在应变片16、18之前。

除了三个第一支撑元件30之外，还有两个第二支撑元件34在径向上从圆筒状的承载板20沿径向朝外圈6的方向延伸。在此，第二支撑元件34与第一元件30相比构造得更短，并且短了在图1中示例性示意出的径向长度36，并且沿推移方向32来看，这些第二支撑元件布置在应变片16、18之后。以这种方式，在将电路板4推移到外圈6上时，第二支撑元件34可以在径向上越过应变片16、18，而不会碰到以及可能地损坏它们。在其目标位置上，它们于是可以在例如压焊时可能出现的机械负荷下径向向下运动径向长度36，以便附加地支撑圆筒状的承载板20，并且避免机械应力。

电路板4还包括沿径向套在承载板20上的套筒38。套筒38由金属构成，并且保护承载板20和构造在其上的电路以防机械负荷以及电负荷。在本实施方式中，套筒38在径向上经由第三支撑元件40相对圆筒状的承载板20支撑。

在套筒38与圆筒状承载板20之间的径向间隙42中可以容纳硅凝胶44，其例如可以用于使焊线24稳定。虽然在图1中示出了仅围绕焊线24的硅凝胶44，但是硅凝胶44也可以填满整个间隙42。

以未进一步示出的方式，也可以省去一些支撑元件，例如沿推移方向32布置在第二应变片18之前的第二支撑元件34。于是，例如可以通过如下方式实现对承载板20的径向支撑，即，用硅凝胶44填充径向在承载板20与外圈6之间的空间。

参见图2，图2示出图1的电路板4的承载板20的示意性俯视图。

与图1不同，在图2中应变片16、18(例如借助其中一个第一应变片16示意出)基本上布置在圆筒状的承载板20下方，其中，通孔23仅构造在相应的接触垫46上，在这些接触垫上，应变片16、18与焊线24电接触。

在图2中，在电导体轨迹的与和焊线24电连接的接触垫22相对置的端部上同样构造出接触垫22，在这些接触垫上，电导体轨迹可以与上述电结构组件28电接触。

Claims (8)

1.一种用于将变形传感器(16、18)接驳到信号处理电路(28)上的电路板(4)，所述变形传感器布置在滚动轴承外圈(6)的径向外侧或滚动轴承内圈的径向内侧上，所述电路板包括：

-带圆筒开口的圆筒状的承载板(20)，在所述圆筒开口中能与所述圆筒状的承载板(20)同中心地容纳所述滚动轴承外圈(6)，或者在所述承载板的从所述圆筒开口向外看的径向外侧上，能与所述圆筒开口同中心地布置所述滚动轴承内圈，

-所述圆筒状的承载板(20)上的电接触垫(22)，所述电接触垫用于与所述变形传感器(16、18)电接触，以及

-与所述电接触垫(22)电连接的电导体轨迹(26)，所述导体轨迹设置用于接收来自所述变形传感器(16、18)的信号并且将其传输给所述信号处理电路(28)，

其中，所述接触垫(22)和所述导体轨迹(26)布置在所述圆筒状的承载板(20)的径向上背对着所述变形传感器(16、18)的侧上，所述电路板包括穿过所述圆筒状的承载板(20)的用于引导电线路(24)的径向通孔(23)，所述电线路将所述变形传感器(16、18)与所述接触垫(22)电连接。

2.根据权利要求1所述的电路板(4)，所述电路板包括承载在所述承载板(20)上的信号处理电路(28)的至少一部分。

3.根据权利要求1或2所述的电路板(4)，所述电路板包括套筒(38)，在所述套筒中能同中心地容纳所述圆筒状的承载板(20)。

4.根据权利要求1或2所述的电路板(4)，所述电路板包括在所述圆筒状的承载板(20)上的至少两个支撑元件(30)，所述支撑元件在所述圆筒状的承载板(20)的径向内侧上径向向内指向。

5.根据权利要求4所述的电路板(4)，所述电路板包括在所述圆筒状的承载板(20)上的第三支撑元件(34)，所述第三支撑元件在所述圆筒状的承载板(20)的径向内侧上径向向内指向，并且与另外两个支撑元件(30)相比在径向上构造得更短。

6.一种用于车辆的车轮轴承(2)，所述车轮轴承具有经由滚动元件(8)以能扭转的方式支承在外圈(6)中的内圈、布置在所述外圈(6)的径向外侧上的变形传感器(16)和按照权利要求1至5中任一项所述的用于将变形传感器(16)与信号处理电路(28)电连接的电路板(4)。

7.根据权利要求6所述的车轮轴承(2)，所述车轮轴承包括在所述外圈(6)的径向外侧上的另一变形传感器(18)，所述另一变形传感器(18)与所述变形传感器(16)在轴向上间隔开地并且与所述变形传感器对立地布置在所述外圈(6)的径向阶梯部(14)上，其中，所述圆筒状的承载板(20)相应地构造成阶梯状。

8.根据权利要求6或7所述的车轮轴承(2)，其中，所述外圈(6)具有径向向外凸出的凸缘(10)，用以紧固在车辆的减震支柱上，所述圆筒状的承载板(20)在轴向上抵靠在所述凸缘上。