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Die
Erfindung betrifft ein Radmodul gemäß Oberbegriff
von Anspruch 1 sowie dessen Verwendung in einem Reifendrucküberwachungssystem.
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In
modernen Kraftfahrzeugen werden vermehrt Vorrichtungen eingesetzt,
die Defekte und Fehlfunktionen verschiedener Bereiche im Kraftfahrzeug
frühzeitig erkennen und dem Fahrer melden. Dazu gehört
beispielsweise die Erfassung des Reifenluftdrucks, um Defekte oder
Unfälle, welche auf einen zu niedrigen Reifenluftdruck
zurückzuführen sind, zu vermeiden. Bei vielen
der bereits für diesen Zweck eingesetzten Systeme ist jeweils
ein Reifenmodul an jedem Rad, insbesondere im Inneren des Reifens,
angeordnet. Das Reifenmodul umfasst meist zumindest einen Sensor
zur Erfassung des Reifenluftdrucks, gegebenenfalls eine zugeordnete Auswerteelektronik
sowie eine Sendeeinheit zur Übertragung des Reifenluftdrucks
an eine am Fahrzeug befindliche Einheit.
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Es
ist bekannt, Radmodule an der Felge oder im Inneren des Reifens
am Reifen, insbesondere im Bereich der Lauffläche, anzuordnen.
In beiden Fällen sind das Radmodul und seine Komponenten,
insbesondere seine elektronischen Bauteile und deren elektrische
Verbindungen und Kontaktierungen, starken Belastungen ausgesetzt.
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Aufgrund
von Zentrifugalbeschleunigung, Fahrbahnbeschaffenheit und Fahrwerkseigenschaften
treten in Fahrzeugreifen sehr große Beschleunigungen und
damit Kräfte auf. Bei fel genmontierten Radmodulen treten
Beschleunigungen und Vibrationen von 2000 g und mehr auf. Bei Modulen,
die am Reifen montiert sind, können dynamische Wechselbelastungen
von über 5000 g auftreten. Daher ist die Aufbau- und Verbindungstechnik
bei Radmodulen – insbesondere bei direkt am Reifen befindlichen
Systemen – besonders anspruchsvoll.
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Die
DE 10 2004 031 810
A1 beschreibt einen Sensortransponder mit einem piezoelektrischen
Element, welcher in einem Fahrzeugluftreifen angeordnet ist, wobei
ein piezoelektrisches Element an der Reifeninnenseite dem Laufstreifen
gegenüberliegend angeordnet ist. Das Signal des piezoelektrischen Elements
wird dabei zur Bestimmung der Raddrehzahl verwendet und das piezoelektrische
Element liefert die gesamte Energie zur Versorgung der elektronischen
Komponenten des Sensortransponders sowie zur Datenübertragung.
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Aus
der
DE 102 02 728
A1 ist eine Luftdruckerfassungsvorrichtung für
ein Rad eines Fahrzeuges bekannt, welche auf Seiten des Fahrzeugkörpers ein
Empfangsmittel mit Empfangsantenne umfasst, wobei die Empfangsantenne
in einem aus einem isolierenden Kunststoff gebildeten Kotflügel
eingeformt ist und die Empfangsantenne aus einem elektrisch leitfähigen
Kunststoff ist.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein alternatives Radmodul bereitzustellen, welches langlebiger und
weniger zerstörungsanfällig ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Radmodul
gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine elektrisch leitende Verbindung
zwischen zwei elektrischen oder elektronischen Bauelementen des Radmoduls
zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoffmaterial
auszuführen.
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Bevorzugt
ist das Radmodul an der Felge oder im Inneren des Reifens am Reifen
angeordnet. Besonders bevorzugt ist das Radmodul im Reifeninneren
im Bereich der Lauffläche angeordnet.
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Bevorzugt
umfasst das Radmodul mindestens eine Batterie zur zumindest teilweisen
Energieversorgung des Radmoduls.
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Bei
dem Trägermittel handelt es sich bevorzugt um eine Leiterplatte,
auf welcher besonders bevorzugt alle elektronischen Bauelemente
des Reifenmoduls angeordnet und/oder mit welcher alle elektronischen
Bauelemente des Reifenmoduls verbunden sind. So muss keine weitere
Leiterplatte im Reifenmodul angeordnet sein.
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Um
den im Reifen auftretenden Belastungen standzuhalten, ist es vor
allem für ein Radmodul, welches im Reifeninneren im Bereich
der Lauffläche angebracht ist, notwendig, dass es möglichst
kompakt ist. Daher sind gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform des Radmoduls das Trägermittel
und die mindestens eine Batterie bezüglich einer Ausdehnungsrichtung
des Reifenmoduls übereinander angeordnet, wobei das Trägermittel
und die Batterie senkrecht zu der Ausdehnungsrichtung zumindest teilweise überlappend
angeordnet sind. Bei der Ausdehnungsrichtung handelt es sich besonders
bevorzugt um die Höhe des Reifenmoduls. Vereinfacht ausgedrückt
sind das Trägermittel und die Batterie in dem Radmo dul übereinander
und zumindest teilweise einander überlappend angeordnet
(”gestapelt”), um die Ausdehnung des Reifenmoduls
bezüglich seiner Grundfläche möglichst
gering zu halten. So werden die auf das Radmodul bei Latschdurchlauf
wirkenden Verformungskräfte möglichst gering gehalten,
wodurch die elektrischen Verbindungen und Kontaktierungen weniger
belastet werden.
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Bevorzugt
sind die Bauelemente, besonders bevorzugt alle Bauelemente, des
Radmoduls in eine Vergussmasse eingebettet. Besonders bevorzugt sind
die drei Komponenten vollständig in die Vergussmasse, z.
B. Gummi, eingebettet, um einen Schutz vor Umgebungseinflüssen
von allen Seiten zu erreichen sowie durch das Vergussmaterial eine
Versteifung zu erzielen.
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Das
Radmodul umfasst gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung zwei oder mehr Batterie, welche übereinander
angeordnet sind. Das leitfähige Kunststoffmaterial ist
dann zur Kontaktierung der Batterien zwischen den Batterien angeordnet.
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Bevorzugt
umfasst das Reifenmodul mindestens eines der folgenden Bauelemente:
einen Drucksensor, eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung, einen
Temperatursensor, eine Batterie, einen, insbesondere piezoelektrischen,
Energiewandler zur Erzeugung elektrischer Energie aus Bewegungs- und/oder
Verformungsenergie, eine Auswerteschaltung und einen Latschsensor
zur Erfassung einer Größe, welche die Latschlänge
repräsentiert.
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Die
Erfindung betrifft auch die Verwendung des Radmoduls in einem Reifendrucküberwachungssystem.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung
anhand von Figuren.
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Es
zeigen schematisch
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1 ein
Radmodul gemäß dem Stand der Technik,
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2 ein
erstes Ausführungsbeispiel eines Radmoduls,
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3 eine
Kontaktierung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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4 verschiedene
Ausführungsbeispiele einer Kontaktierung,
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5 ein
drittes Ausführungsbeispiel eines Radmoduls, und
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6 ein
viertes Ausführungsbeispiel eines Radmoduls.
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Aufgrund
von reifenphysikalischen Eigenschaften sollte ein am Reifen befindliches
Modul von seiner Härte her dem Reifenmaterial ähnlich
sein. Der Reifen kann sonst von Innen heraus zerstört werden.
Für ein Radmodul sollte folglich immer ein nachgiebiges,
gummiartiges Material verwendet werden. Befinden sich nun verschiedene
Bauelemente (z. B. Batterie und Platine) mit unterschiedlichen Massen im
Radmodul, so treten Relativbewegungen zwischen diesen Bauteilen
auf.
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Ein
Radmodul gemäß dem Stand der Technik ist in 1 schematisch
dargestellt. Es umfasst eine Leiterplatte (Platine) mit darauf angeordneten elektronischen
Bauteilen, wie z. B. Drucksensorelemente, Auswerteschaltungen etc.,
sowie eine Batterie zur Energieversorgung des Moduls. Alle Bauteile des
Moduls sind von einer Vergussmasse, z. B. Gummi, umgegeben und der
Gummi ist mit einer Seite am Reifen befestigt. Die elektrisch leitende
Verbindung bzw. die Kontaktierung zwischen Leiterplatte und Batterie
geschieht gemäß dem Stande der Technik über
metallische Drähte oder metallische Kontaktfahnen, welche
an Leiterplatte und Batterie angelötet bzw. angeschweißt
sind.
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Aus
dem Stand der Technik sind verschiedenartige metallische Ableitervarianten
bekannt, die als federnde Elemente (z. B. durch Wellen im metallischen
Material) ausgeführt sein können. Mit Hilfe dieser
Federungen sollen die Ableiter dann in der Lage sein Relativbewegungen
resultierend aus Beschleunigungen oder Temperaturausdehnungen auszugleichen.
Typischerweise sind die Ableiter an der Batterie angeschweißt
und an der Platine angelötet. Gerade die Lötverbindung
darf jedoch nicht mit Kräften beaufschlagt werden, da sonst
keine Dauerhaltbarkeit zu erwarten ist. Es hat sich gezeigt, dass
Radmodule aus dem Stand der Technik oftmals zerstört bzw.
funktionsunfähig wurden, da sowohl an den Batterieableitern
als auch an den Lötstellen dieser Ableiter oftmals Zerstörung/Ablösung
aufgetreten ist.
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Erfindungsgemäß werden
die elektrischen Verbindungen zwischen einzelnen elektrischen oder elektronischen
Bauelementen des Radmoduls zumindest teilweise aus einem elektrisch
leitfähigen Kunststoffmaterial ausgeführt. Das
Kunststoffmaterial, z. B. der Elastomer, ist dabei in der Lage,
Rela tivbewegungen auszugleichen und gleichzeitig einen sicheren
und niederohmigen elektrischen Kontakt herzustellen.
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An
sich sind leitfähige Kunststoffe bekannt, mit Leitfähigkeiten
von wenige mOhm × cm. Gerade im Bereich der Radmodule,
in welchen nur geringe Ströme (ca. 10 mA Maximalstrom),
insbesondere aus der Batterie, fließen, ist es, z. B. aufgrund
der Elastizität der Kunststoffe, vorteilhaft leitfähige
Kunststoffe zur Kontaktierung zu verwenden.
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Leitfähiger
Kunststoff kann z. B. als Elastomer (~ Shore A 65) ausgeführt
werden. Die Formgebung ist dabei sehr variabel.
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Es
können neben einem Elastomer auch alternative Materialien
wie z. B. ein elektrisch leitfähiger Kunststoffschaum eingesetzt
werden.
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2 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines Radmoduls mit einer
Kontaktierung von Bauelementen. Beispielsgemäß ist
eine Ausführung einer Batteriekontaktierung dargestellt.
Die Leiterplatte ist über mindestens ein leitfähiges
Elastomer mit der Batterie elektrisch leitend verbunden. Dies ermöglicht
eine Kontaktierung. Die gegenüber Relativbewegungen von
Leiterplatte und Batterie flexibel ist.
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Die
Kontaktierung zwischen Elastomer und Leiterplatte bzw. zwischen
Elastomer und Batterie geschieht über einen, insbesondere
metallische, Kontaktpin bzw. Batteriekontakt.
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Eine
Kontaktierung von Elastomer und Kontaktpin/Batteriekontakt wird
beispielsgemäß durch Einstechen/Einstecken erreicht.
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Der
Kontaktpin ist beispielsgemäß an der Leiterplatte
angelötet. Der Kontaktpin kann z. B. als SMD-lötbarer
Kontaktpin ausgeführt sein (Surface Mounted Device).
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Der
Batteriekontakt ist beispielsgemäß an der Batterie
angelötet oder angeschweißt.
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3 zeigt
eine beispielsgemäße Kontaktierung an den Elastomer
(durch Kontaktpin/Batteriekontakt) durch Einstechen an einer oder
verschiedenen Seiten.
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Es
sind verschiedene Formen für den Kontaktpin oder den Batteriekontakt
zum Einstecken in das Kunststoffmaterial, z. B. Elastomer, denkbar.
Einige Ausführungsbeispiele sind in 4 schematisch
dargestellt. So ist ein einfacher Draht oder ein Draht mit einem
Widerhaken oder ein flächiger, z. B. gestanzter, Kunststoffleiter,
z. B. mit einem oder mehreren spitz zulaufenden Ausformungsteilen,
bevorzugt.
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Eine
Kontaktierung mit einem leitfähigen Kunststoffmaterial
wird alternativ oder zusätzlich zur Kontaktierung zwischen
Batterie und Platine beispielsweise zwischen zwei übereinander
angeordneten Batterien (Sandwich-Anordnung) realisiert. So kann
ein aufwendiger (und großer) umgebogener Ableiter zur Kontaktierung
vermieden werden.
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Wie
in 5 schematisch dargestellt, wird der elektrisch
leitfähige Kunststoff beispielsgemäß zwischen
den zwei Batterien angeordnet und sorgt für eine elektrische
Verbindung. Der Kunststoff ist bevorzugt scheibenförmig
oder ringförmig ausgeführt. Bevorzugt ist das
Kunststoffmaterial als ein elektrisch leitendes Elastomer oder ein
elektrisch leitender Kunststoffschaum ausgeführt.
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Die
Form des Kunststoffes zwischen den Batterien ist bevorzugt derart
ausgeführt, dass gleichzeitig eine Kontaktierung an die
Platine erfolgt. Ein Ausführungsbeispiel ist in 6 schematisch dargestellt.
Ein elektrisch leitfähiges Kunststoffmaterial ist zwischen
den zwei Batterien angeordnet und verläuft dann in Richtung
der Leiterplatte. Dabei kann es sich um ein einteiliges, entsprechend
geformtes Kunststoffelement oder um zwei oder mehr miteinander verbundene
Kunststoffelemente handeln. Die Kontaktierung von Kunststoffmaterial
und Leiteplatte geschieht über einen Kontaktpin, welcher
beispielsgemäß durch Einstechen/Einstecken mit
dem Kunststoffmaterial elektrisch leitend verbunden ist und elektrisch
leitend mit der Leiterplatte, z. B. durch Löten, verbunden
ist.
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Der
Einsatz von leitfähigem Kunststoff in einem Radmodul (Reifen-
oder Felgenmodul) ist noch an anderen Stellen denkbar, wie z. B.
der HF-Antenne.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004031810
A1 [0005]
- - DE 10202728 A1 [0006]