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Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Entrasten einer Sensorvorrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren einer schraubenförmigen Sensorvorrichtung.
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Stand der Technik
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Sensoren zur Erfassung physikalischer Größen wie z.B. Drehrate, Beschleunigung, Druck, usw. werden in Plastikgehäusen verbaut, die mittels Schrauben in einem Kraftfahrzeug montiert und mittels eines Steckers elektrisch kontaktiert werden. Beispielsweise wird bei einem sogenannten peripheren Beschleunigungssensor der sechsten Generation ("PAS6“) eine elektrische Sensoreinheit gebildet, die einen MEMS-Beschleunigungs-Chip, einen ASIC, sowie passive Bauelemente umfasst, die allesamt in einem mittels eines Spritzgussverfahrens ummantelten bzw. gemoldeten LGA (engl. Land Grid Array) zusammengefasst werden. Elektrisch leitfähige Einlegeteile (ELT), die gleichzeitig als elektrische Steuerkontakte nach außen dienen, fixieren das LGA. Das mittels der Einlegeteile fixierte und elektrisch kontaktierte LGA wird mit einem Duroplast-Material umspritzt. Anschließend wird diese Einheit (sogenannter "Lolly“) mit einem Thermoplastmaterial umspritzt, das als ein Gehäuse mit Buchsen und als eine Steckereinheit des Sensors dient.
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DE 10 2009 027 995 A1 offenbart eine Vorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einem Gehäuse, wobei das Gehäuse wenigstens einen elektrischen Anschluss und wenigstens einen Befestigungspunkt aufweist. Das Gehäuse weist eine erste Umhüllung aus Duroplast auf, welche das Halbleiterbauelement im Wesentlichen umschließt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft gemäß einem ersten Aspekt eine Sensorvorrichtung, aufweisend:
- – ein schraubenförmig ausgebildetes Befestigungselement zum Aufnehmen einer Sensoreinrichtung und zum Befestigen der Sensorvorrichtung; und
- – eine Positioniereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Positioniereinrichtung die Sensorvorrichtung um eine Längsachse winkelmäßig positionierbar ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird mit der Erfindung eine Vorrichtung zum Entrasten einer Sensorvorrichtung bereitgestellt, mit einem im Wesentlichen gabelförmigen Aufbau, der in hohle Bereiche eines Schraubenkopfs der Sensorvorrichtung einschiebbar ist, wobei dadurch Rastelemente der Sensorvorrichtung entrastbar sind, wobei die Vorrichtung in Endabschnitten angestuft oder angephast ist.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird mit der Erfindung ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren einer schraubenförmigen Sensorvorrichtung geschaffen, welches folgende Schritte aufweist:
- – Einschrauben der Sensorvorrichtung in ein zu sensierendes Objekt, bis ein Einrasten von Rastelementen in Ausnehmungen am zu sensierenden Objekt erfolgt; und
- – Einführen eines Steckers in Kontaktierungselemente der eingerasteten Sensorvorrichtung.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Sensorvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung wenigstens zwei Rastelemente aufweist, wobei jeweils ein Rastelement in jeweils einem federnden Bereich eines Schraubenkopfs der Sensorvorrichtung angeordnet ist. Dadurch ist die Sensorvorrichtung vorteilhaft erst nach einem Erreichen einer vorgesehenen Einbaulage mittels der Positioniereinrichtung elektrisch kontaktierter. Ein Anwender kann also einen Gegenstecker erst dann auf die Sensorvorrichtung stecken, wenn die Sensorvorrichtung vorher in Rastpositionen gerastet ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Rastelemente bolzenförmig ausgebildet sind. Dadurch wird vorteilhaft ein guter Sitz der Sensorvorrichtung an einem zu sensierenden Objekt unterstützt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die bolzenförmigen Rastelemente unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Dadurch wird vorteilhaft ein Rasten nach jeweils ganzen Umdrehungen der Sensorvorrichtung um eine Längsachse unterstützt und ein unerwünschtes, vorzeitiges Rasten der Sensorvorrichtung nach jeweils halben Umdrehungen verhindert.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Sensorvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Rastelemente als metallische Einlegeteile ausgebildet sind. Dadurch können zum Arretieren vorteilhaft sehr hohe Kräfte auf die Sensorvorrichtung aufgebracht werden, was einen sicheren Sitz der Sensorvorrichtung am zu sensierenden Objekt unterstützt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die metallischen Einlegeteile in Hohlbereichen des Schraubenkopfs der Sensorvorrichtung federnd ausgebildet sind. Damit ist vorteilhaft ein einfaches Entrasten der Rastelemente mittels eines geeigneten Werkzeugs unterstützt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Rastelemente entrastbar ausgebildet sind. Dadurch können die Rastelemente zu einem Demontieren der Sensorvorrichtung auf einfache Weise beispielsweise ausgehebelt werden, wodurch die Sensorvorrichtung vom zu sensierenden Objekt gelöst werden kann.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass zwei der Rastelemente um ungefähr 180 Grad gegeneinander versetzt angeordnet sind. Dies ermöglicht vorteilhaft ein Einrasten der Rastelemente nach jeweils ganzen Umdrehungen der Sensorvorrichtung um eine Längsachse, wodurch ein Erreichen eines erforderlichen Drehmoments beim Einrasten unterstützt und eine Vibrationsfestigkeit für die Sensorvorrichtung hoch ist. Eine Überwachung eines Drehmoments während eines Arretierungsvorgangs ist auf diese Weise vereinfacht.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei radial versetzte Vorspannelemente vorgesehen sind, mit denen eine axiale Kraft zwischen einem zu sensierenden Objekt und dem Schraubenkopf aufbringbar ist. Durch die genannten Vorspannelemente kann vorteilhaft eine Vorspannkraft aufgebracht werden, wobei die Vorspannelemente als eine Art Sprengring wirken.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Rastelemente und die Vorspannelemente als ein Kombinationselement ausgebildet sind. Dadurch können vorteilhaft Einlegeteile eingespart werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rastelemente einen größeren radialen Abstand von der Längsachse der Sensorvorrichtung aufweisen als die Vorspannelemente. Auf diese Weise kann eine besonders exakte Winkelpositionierung der Sensorvorrichtung zusammen mit günstigen Vorspannkräften realisiert werden.
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Vorteile der Erfindung
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Als besonders vorteilhaft wird bei der Erfindung angesehen, dass es mittels der Positioniereinrichtung möglich ist, die Sensorvorrichtung in einer winkelmäßig exakt definierte Lage zu arretieren. Dadurch können vorteilhaft Sensoreinrichtungen mit hohen Anforderungen bezüglich einer dreidimensionalen Ausrichtung sehr genau positioniert werden, wodurch Sensiereigenschaften der genannten Sensoreinrichtungen vorteilhaft sehr präzise sind. Dadurch lassen sich mit der Sensorvorrichtung nicht nur in einer Sensorlängsachse, sondern in allen Raumkoordinaten präzise Sensiereigenschaften realisieren. Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung löst somit vorteilhaft ein Lagegenauigkeitsproblem für lagemäßig sensitive Sensoren.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung, sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Figuren. Die Figuren sind vor allem dazu gedacht, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen und sind nicht notwendigerweise als detail- oder maßstabsgetreue Schaltbilder zu verstehen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Es zeigen:
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1 eine prinzipielle Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;
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2 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;
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3 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;
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4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;
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5 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;
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6 eine Vorrichtung zum Entrasten der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;
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7 eine prinzipielle Darstellung einer Befestigungsvorrichtung zum exakten Befestigen der Sensorvorrichtung; und
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8 eine Vorderansicht auf die in 7 gezeigte Befestigungsvorrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt in einer oberen Darstellung eine prinzipielle Draufsicht und in einer unteren Darstellung eine prinzipielle Vorderansicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100. Die Sensorvorrichtung 100 umfasst ein schraubenförmiges Befestigungselement 2, in dem eine Sensoreinrichtung 1 (nicht dargestellt) aufgenommen und fixiert ist. Die schraubenförmige Sensorvorrichtung 100 umfasst einen Schraubenkopf 4, welcher mittels zweier Spalte 6 federnde Bereiche 9 am Schraubenkopf 4 ausbildet. Dadurch sind Auslenkungen der genannten federnden Bereiche 9 im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse der Sensorvorrichtung 100 möglich. In jedem der federnden Bereiche 9 ist jeweils ein bolzenförmiges, abgerundetes Rastelement 3 angeordnet, welches dazu dient, in Ausnehmungen (zum Beispiel Löcher oder Dellen eines Autoblechs 12) einzurasten.
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Kontaktierungselemente 8 der Sensoreinrichtung 1 sind als metallische Einlegeteile ausgebildet und aus der Sensorvorrichtung 100 herausgeführt.
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Die untere Darstellung von 1 mit der Vorderansicht der Sensorvorrichtung 100 zeigt, dass ein Aufstecken eines Steckers 10 auf die Sensorvorrichtung 100 erst dann möglich ist, wenn die Rastelemente 3 in Ausnehmungen des Autoblechs 12 beidseits des Schraubenkopfs 4 eingerastet sind, wodurch sichergestellt ist, dass die Sensorvorrichtung 100 winkelmäßig exakt positioniert ist. Beim Anstecken des elektrischen Steckers 10 auf eine Steckerbuchse der Sensorvorrichtung 100 reicht ein Steckerrand des Steckers 10 bis an den Schraubenkopf 4 heran. Erst in diesem Fall können Rastnasen 11 des Steckers 10 in Rastnasen der Sensorvorrichtung 100 einrasten und dadurch der Stecker 10 vollständig auf die Buchse aufgesteckt werden. Auf diese Weise ist vorteilhaft ein effizientes und fehlerfreies elektrisches Kontaktieren der Sensoreinrichtung 1 der Sensorvorrichtung 100 möglich.
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Mittels der beschriebenen Maßnahmen wird bei winkelsensitiven Anwendungen (wie z.B. Sensoren für Drehrate, Beschleunigung, usw.) eine hohe Winkelgenauigkeit der Positionierung der Sensorvorrichtung 100 bei einer Montage im Autoblech 12 unterstützt.
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Unabhängig vom Rastmechanismus stellt eine Gewindeform (Steigung, usw.) der schraubenförmigen Sensorvorrichtung 100 sicher, dass vor der Rastung ein spezifiziertes Anschraubdrehmoment erreicht wird.
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Alternativ können als Rastelemente 3 auch metallische Einlegeteile, die im (Kunststoff)-Schraubenhohlkörper der Sensorvorrichtung 100 fixiert sind, als federnde Zapfen ausgeführt werden, die in die dazu vorgesehenen Vertiefungen des Autoblechs 12 rasten. 2 zeigt eine derartige Variante der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100. Man erkennt, dass das Rastelement 3 dabei als ein metallisches Einlegeteil zur Winkelarretierung der Sensorvorrichtung 100 ausgebildet ist. Der metallische Einlegeteil ist in einem Schraubenkörper 7 verankert und erstreckt sich in einen hohlen Bereich des Schraubenkopfs 4, wobei der Einlegeteil im hohlen Bereich einen federnden Bereich 3a ausbildet.
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3 zeigt ein Detail einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100. Es ist erkennbar, dass sich nunmehr auch ein als metallischer Einlegeteil ausgebildetes Vorspannelement 5 in hohle Bereiche des Schraubenkopfs 4 erstreckt. Das Vorspannelement 5 dient zu einem Aufbringen einer Vorspannkraft zwischen dem Schraubenkopf 4 und einer Oberfläche des zu sensierenden Objekts (z.B. Autoblech 12). Das Vorspannelement 5 übernimmt funktional also die Aufgabe eines mechanischen Sprengrings. Erkennbar ist in 3 auch eine prinzipielle Darstellung einer Sensoreinrichtung 1, die als ein mittels Einlegeteilen gefasstes LGA (engl. Land Grid Array) ausgebildet sein kann.
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4 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100. Man erkennt, dass die Rastelemente 3 und die Vorspannelemente 5 im Wesentlichen gegeneinander jeweils um 180 Grad versetzt angeordnet sind. Mit dieser Konfiguration ist es vorteilhaft möglich, die Sensorvorrichtung 100 winkelmäßig mittels der Rastelemente 3 exakt zu positionieren und zudem mittels der Vorspannelemente 5 eine günstige Vorspannkraft zwischen der Sensorvorrichtung 100 und dem zu sensierenden Objekt aufzubauen.
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5 zeigt in einer Draufsicht eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100. Man erkennt, dass in diesem Fall nunmehr die Rastelemente 3 und die Vorspannelemente 5 miteinander ein Kombinationselement ausbilden. Vorteilhaft lässt sich dadurch eine Anzahl von metallischen Einlegeteilen einsparen.
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6 zeigt eine Vorrichtung 200 zum Entrasten der Rastelemente 3 zum Zwecke eines Lösens der Sensorvorrichtung 100. Die Vorrichtung 200 ist dabei als ein Werkzeug 13 ausgebildet, welches in Randabschnitten 13a angephaste bzw. abgestufte Bereiche aufweist. Bei Bedarf wird das Werkzeug 13 seitlich in den Schraubenkopf 4 der Sensorvorrichtung 100 eingesetzt, wodurch die federnden Bereiche 3a der Rastelemente 3 hochgedrückt werden können. Es wird auf diese Weise mittels des Werkzeugs 13 also ein einfaches Entriegeln bzw. Entrasten und damit Austauschen der Sensorvorrichtung 100 ermöglicht.
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7 zeigt eine Ausführungsform einer Befestigungsvorrichtung 300 für die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung 100 in einem Autoblech 12. Zu diesem Zweck weist das Autoblech 12, dessen Dicke in etwa einer Größenordnung einer Schraubenumdrehung entspricht, Vorprägungen 12a auf, welche zum Zwecke eines senkrechten Einschraubens der Sensorvorrichtung 100 ausgebildet sind. Mittels der genannten Vorprägungen 12a, die gegensinnig verbogen werden (siehe Pfeile), ist es möglich, die Sensorvorrichtung 100, wie in 8 dargestellt, im Wesentlichen senkrecht in das Autoblech 12 einzuschrauben. Bei einem dicken Autoblech 12 mit vorgestanztem Gewinde oder bei einer am Autoblech 12 fixierten Mutter (nicht dargestellt) können die Vorprägungen 12a entfallen.
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Vorteilhaft können auf diese Art und Weise zusätzliche Anschraubkomponenten im Fahrzeug entfallen, wodurch die Sensorvorrichtung 100 in ein mittels Stanzen und Prägen vorbereitetes Autoblech 12 geschraubt werden kann und so ein Platzangebot in Karosseriehohlräumen effizient nutzt.
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Vorteilhaft benötigen Anwender zur senkrechten Befestigung des Sensorvorrichtung 100 keine separate Schraube und kein an der Karosserie befestigtes Gewinde, sondern lediglich einen durch Stanzen und Prägen hergestellten Gewindegang im Autoblech 12, was zu einer signifikanten Kostenreduzierung führt.
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Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung eine Sensorvorrichtung bereitgestellt, welche eine sehr passgenaue, winkelexakte Arretierung ermöglicht. Dadurch ist vorteilhaft für Sensoren mit hohen Genauigkeitsanforderungen in Bezug auf eine geometrische Ausrichtung des Sensors (z.B. bei ESP-Systemen, bei denen eine Drehrate um eine senkrechte z-Achse und nicht um die x- oder y-Achse des Fahrzeugs gemessen werden soll) unterstützt, dass Sensierungen in mehreren unterschiedlichen Koordinatenachsen exakt durchführbar sind.
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Aufgrund der Tatsache, dass die gewünschten Sensierachsen nicht immer entlang der Schraubenlängsachse ausgerichtet werden können (z.B. wenn unterschiedliche Sensoren in der Schraube integriert sind), beeinflusst eine erreichbare Winkelgenauigkeit der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung direkt eine Spezifikation und Anwendungstauglichkeit der Sensorvorrichtung.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt. Der Fachmann wird also die beschriebenen Merkmale der Erfindung abändern oder miteinander kombinieren können, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009027995 A1 [0003]
