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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Sensor, insbesondere einen Drucksensor, zum Messen eines Drucks in einem Reifen eines Fahrzeugs, umfassend ein Sensierelement zum Messen einer Eigenschaft und/oder Zusammensetzung eines Umgebungsmediums in einem Innenraum und eine Kommunikationseinrichtung, die mit dem Sensierelement verbunden ist und ausgebildet ist, Messwerte des Sensierelements drahtlos an eine Empfangseinrichtung zu übertragen.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Rad mit einem Sensor sowie ein Fahrzeug mit einem Rad.
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Stand der Technik
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Obwohl die vorliegende Erfindung allgemein auf beliebige Sensoren anwendbar ist, wird die vorliegende Erfindung anhand von Sensoren in Form von Drucksensoren erläutert.
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Obwohl die vorliegende Erfindung beliebig anwendbar ist, wird die vorliegende Erfindung beim Einsatz in Rädern von Fahrzeugen erläutert.
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Kraftfahrzeuge weisen, um Veränderungen an den Rädern festzustellen, Drucksensoren auf, die den Druck im Inneren eines Reifens eines Rades messen können. Hierzu weisen diese eine Energieversorgung und eine Antenne auf, die von einem Drucksensierelement gemessene Messwerte des Drucks im Inneren des Reifens an eine entsprechende Empfangseinrichtung im Fahrzeug überträgt. Der Drucksensor wird dabei in bekannter Weise während der Montage des Reifens auf die Felge gleichzeitig zwischen Reifen und Felge an der Felge angeordnet. Auf Grund der Vielzahl von Felgen unterschiedlicher Hersteller sind hierfür jeweils angepasste Gehäuse für den Drucksensor notwendig ebenso wie die dadurch bedingte separate individuelle Montage des Drucksensors an der jeweiligen Felge.
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Offenbarung der Erfindung
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In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung einen Sensor, insbesondere einen Drucksensor, zum Messen eines Drucks in einem Reifen eines Fahrzeugs, bereit, umfassend ein Sensierelement zum Messen einer Eigenschaft und/oder Zusammensetzung eines Umgebungsmediums in einem Innenraum,
eine Zuführeinrichtung, die einen Zuführkanal zum Zuführen von Umgebungsmedium in den Innenraum aufweist,
eine Kommunikationseinrichtung, die mit dem Sensierelement verbunden ist und ausgebildet ist, Messwerte des Sensierelements drahtlos an eine Empfangseinrichtung zu übertragen,
eine Energieversorgungseinrichtung, die ausgebildet ist, das zumindest eine Sensierelement und die Kommunikationseinrichtung mit Energie zu versorgen,
und wobei Kommunikationseinrichtung, das zumindest eine Sensierelement und die Energieversorgungseinrichtung an einem Messträger angeordnet sind, wobei Messträger und Zuführeinrichtung über einen Zuführträger aneinander festgelegt sind. Diese Festlegung betrifft beispielsweise die Ausrichtung oder Anordnung des Messträgers und der Zuführeinrichtung zueinander, die beide an dem Zuführträger befestigt oder angeordnet sind. Optional kann auch der Messträger und der Zuführträger oder die Zuführeinrichtung und der Zufuhrträger einstückig ausgestaltet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors, insbesondere einen Drucksensor, zum Messen eines Drucks in einem Reifen eines Fahrzeugs, bereit, umfassend die Schritte
- - Bereitstellen eines Sensierelements zum Messen einer Eigenschaft und/oder Zusammensetzung eines Umgebungsmediums in einem Innenraum,
- - Bereitstellen einer Zuführeinrichtung mit einem Zuführkanal zum Zuführen von Umgebungsmedium in den Innenraum,
- - Bereitstellen einer Kommunikationseinrichtung, die mit dem Sensierelement verbunden ist und ausgebildet ist, Messwerte des Sensierelements drahtlos an eine Empfangseinrichtung zu übertragen,
- - Bereitstellen einer Energieversorgungseinrichtung, die ausgebildet ist, das zumindest eine Sensierelement und die Kommunikationseinrichtung mit Energie zu versorgen,
- - Anordnen der Kommunikationseinrichtung, des zumindest einen Sensierelements und die Energieversorgungseinrichtung an einem Messträger, und
- - Festlegen von Messträger und Zuführeinrichtung über einen Zuführträger aneinander
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Diese Festlegung betrifft beispielsweise die Ausrichtung oder Anordnung des Messträgers und der Zuführeinrichtung zueinander, die beide an dem Zuführträger befestigt oder angeordnet sind. Optional kann auch der Messträger und der Zuführträger oder die Zuführeinrichtung und der Zufuhrträger einstückig ausgestaltet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Rad für ein Fahrzeug, umfassend eine Felge und einen auf der Felge angeordneten Reifen, bereit, wobei ein von Felge und Reifen umschlossener Innenraum gebildet wird und einen Sensor gemäß einem der Ansprüche 1-9, wobei der Sensor so angeordnet ist, dass mittels der Zuführeinrichtung ein Fluid in den Innenraum einbringbar ist und dass das zumindest eine Sensierelement mit dem Innenraum fluidisch verbunden ist und mittels des zumindest einen Sensierelements zumindest der Druck des Fluids im Innenraum messbar ist.
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In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einem Rad gemäß Anspruch 11 und mit einer Empfangseinrichtung bereit, die ausgebildet ist, mit der Kommunikationseinrichtung des Sensors des Rads zur Übermittlung von Messsignalen des Sensierelements des Sensors zusammenzuwirken.
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Teile des Sensors, insbesondere das Sensierelement, können dabei als MEMS-Element, insbesondere als MEMS-Sensierelement, ausgeführt sein.
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Einer der damit erzielten möglichen Vorteile ist, dass durch die Integration der Zuführeinrichtung in den Sensor der Bauraum insgesamt gesenkt werden kann. Ein weiterer möglicher Vorteil ist, dass damit die Montage für eine Vielzahl von unterschiedlichen Felgen vereinfacht werden kann. Ein weiterer möglicher Vorteil ist eine reduzierte Gefahr, den Sensor bei der Montage des Reifens auf die Felge zu beschädigen oder gar zu zerstören.
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Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.
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Gemäß einer Weiterbildung weist der Zuführkanal zumindest eine Öffnung zum Zugang zum Innenraum auf, die im Bereich des Zuführträgers angeordnet ist. Damit wird eine einfache Zuführung beispielsweise von Luft in den Innenraum sichergestellt.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung sind die zumindest eine Öffnung des Zuführkanals und ein fluidischer Zugang für das zumindest eine Sensierelement auf unterschiedlichen Seiten des Zuführträgers angeordnet. Ein Vorteil hiervon kann sein, dass Druckspitzen nicht direkt auf das Sensierelement übertragen werden und Beschädigungen des Sensierelements dadurch reduziert werden.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung sind Zuführeinrichtung und Messträger in einem weichen Gehäuse angeordnet, wobei das weiche Gehäuse eine Aussparung zum fluidischen Zugang zum zumindest einen Sensierelement und eine Aussparung für die zumindest eine Öffnung des Zuführkanals zum Innenraum aufweist. Der Begriff „weich“ ist hierbei im weitesten Sinne zu verstehen und beinhaltet insbesondere Materialien, die bei üblicherweise auftretenden Temperaturen im Fahrzeugbereich nachgiebig reversibel ausgebildet sind. Darunter fallen Kunststoffe, insbesondere weiche Kunststoffe wie Silikon oder dergleichen. Damit kann ein erhöhter Schutz gegenüber Beschädigungen ermöglicht werden.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist der Zuführträger eine Aussparung zur teilweisen Aufnahme des Messträgers auf, derart, dass die Energieversorgungseinrichtung in der Aussparung angeordnet ist. Dies kann eine besonders platzsparende und gleichzeitig geschützte Anordnung der Energieversorgungseinrichtung ermöglichen.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist der Messträger in Form einer Leiterplatte ausgebildet und es ist auf der einen von zwei Seiten die Energieversorgungseinrichtung und auf der anderen der zwei Seiten die Kommunikationseinrichtung und das zumindest eine Sensierelement angeordnet. Ein möglicher Vorteil hiervon ist, dass damit eine besonders kompakte Anordnung ermöglicht wird.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist das zumindest eine Sensierelement zentral auf dem Messträger angeordnet. Damit wird die Gefahr von Beschädigungen des Sensierelements beim Einbau weiter reduziert.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist die Energieversorgungseinrichtung einen Batteriehalter auf. Ein möglicher Vorteil hiervon ist eine einfache Austauschbarkeit einer Batterie, beispielsweise wenn ein neuer Reifen auf der Felge montiert werden soll und die Batterielebensdauer bis zu einem erneuten Reifenwechsel nicht mehr ausreicht.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist der Zuführkanal eine Zuführregeleinrichtung auf. Eine Zuführregeleinrichtung kann auf zuverlässige Weise beispielsweise ein Entweichen von Luft aus dem Innenraum und gleichzeitig ein Überfüllen des Innenraums verhindern.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
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Figurenliste
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Dabei zeigt
- 1 einen Querschnitt durch einen Teil eines Sensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 einen Querschnitt durch einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während der Herstellung;
- 3 einen Querschnitt durch einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach Fertigstellung;
- 4 Schritte eines Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 5 in schematischer Form ein Fahrzeug mit einem Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines Sensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Im Detail ist in 1 ein Sensormodul 1 gezeigt. Das Sensormodul 1 weist eine kreisförmig ausgebildete Leiterplatte 4 auf. Auf der Unterseite der Leiterplatte 4 ist ein kreisförmiger Batteriehalter 2 mit Andrückfeder 2a angeordnet, in dem eine flache Batterie 3, beispielsweise vom Typ CR2032, angeordnet ist. Auf der Oberseite der Leiterplatte 4 ist einerseits ein Druck-Sensierelement 5 zentral angeordnet sowie eine Sendeeinrichtung 14, insbesondere mit einer Antenne, die Messsignale des Sensierelements 5 an eine Empfangseinrichtung (hier nicht gezeigt) übertragen kann. Die Sendeeinrichtung 14 kann dabei auch bidirektional ausgebildet sein, das heißt auch Signale empfangen, wie beispielsweise Bestätigungssignale über den Empfang von Messwerten oder dergleichen.
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2 zeigt ein Querschnitt durch einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während der Herstellung.
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Im Detail ist in 1 nun ein Sensor 100 gezeigt. Der Sensor 100 weist zum einen eine Zuführeinrichtung 10 auf, die einen Zuführkanal 6 umfasst, in dem ein Ventil 7 angeordnet ist. An einem Ende ist der Zuführkanal 6 mit einer Kappe 8 verschließbar. An dem anderen Ende des Zuführkanals ist ein im Querschnitt U-förmiger Träger 20 angeordnet, der eine Aussparung 16 bildet. Die Aussparung 16 ist hierbei so ausgebildet, dass diese zu den Abmessungen des Batteriehalters 2 beziehungsweise Leiterplatte 4 korrespondiert. In der 2 ist der Batteriehalter 2 in der Aussparung 16 eingesetzt angeordnet, wobei die Leiterplatte 4 auf dem umlaufenden Rad der Aussparung 16 aufliegt.
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Da der Träger 20 den direkten Weg des Zuführkanals 6 verschließt, sind seitlich im Zuführkanal 6 im Bereich des Trägers 20 Öffnungen 9 vorgesehen, die im eingebauten Zustand des Sensors 100 den Zuführkanal 6 mit dem Innenraum, beispielsweise eines Reifens, fluidisch verbinden. Über die Zuführeinrichtung 10 kann dann der Innenraum beispielsweise mit Luft befüllt werden.
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In 2 und auch in der nachfolgenden 3 sind weiterhin anhand von virtuellen Trennlinien drei Bereiche 50, 51, 52 gezeigt. Hierbei kennzeichnet der Bereich 52 den Bereich des Sensors 100, der in einem Innenraum 52' (siehe 5) angeordnet ist. Der Bereich 51 ist üblicherweise der Bereich, an dem der Sensor 100 festgelegt wird, beispielsweise eine Felge 51' (siehe 5) oder dergleichen und der Bereich 50 ist der Bereich mit Zugang von außen, also beispielsweise der Außenbereich eines Rades oder dergleichen.
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3 zeigt einen Querschnitt durch einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach Fertigstellung.
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In 3 ist im Wesentlichen ein Sensor 100 gemäß 2 gezeigt. Im Unterschied zum Sensor 100 gemäß 2 ist beim Sensor 100 gemäß 3 nun die gesamte Außenfläche von Zuführkanal 6, Träger 20 und die Oberfläche der Leiterplatte 4 mit dem Sensierelement 5 mit weichem Material, insbesondere weichem Kunststoffmaterial wie Silikon oder dergleichen, umspritzt. In dem weichen Material ist eine Öffnung 15 zum fluidischen Zugang zum Sensierelement 5 angeordnet. Weiterhin sind ebenfalls Öffnungen 13 angeordnet, die einen fluidischen Zugang zum Zuführkanal 6 über dessen Öffnungen 9 ermöglichen.
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4 zeigt Schritte eines Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 4 sind Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines Sensors, insbesondere eines Drucksensors zum Messen eines Drucks in einem Reifen eines Fahrzeugs, gezeigt. Das Verfahren umfasst die Schritte
- - Bereitstellen S1 eines Sensierelements zum Messen einer Eigenschaft und/oder Zusammensetzung eines Umgebungsmediums in einem Innenraum,
- - Bereitstellen S2 einer Zuführeinrichtung mit einem Zuführkanal zum Zuführen von Umgebungsmedium in den Innenraum,
- - Bereitstellen S3 einer Kommunikationseinrichtung, die mit dem Sensier-element verbunden ist und ausgebildet ist, Messwerte des Sensierelements drahtlos an eine Empfangseinrichtung zu übertragen,
- - Bereitstellen S4 einer Energieversorgungseinrichtung, die ausgebildet ist, das zumindest eine Sensierelement und die Kommunikationseinrichtung mit Energie zu versorgen,
- - Anordnen S5 der Kommunikationseinrichtung, des zumindest einen Sensierelements und die Energieversorgungseinrichtung an einem Messträger, und
- - Festlegen S6 von Messträger und Zuführeinrichtung über einen Zuführträger aneinander.
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Diese Festlegung betrifft beispielsweise die Ausrichtung oder Anordnung des Messträgers und der Zuführeinrichtung zueinander, die beide an dem Zuführträger befestigt oder angeordnet sind. Optional kann auch der Messträger und der Zuführträger oder die Zuführeinrichtung und der Zufuhrträger einstückig ausgestaltet sein.
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5 zeigt in schematischer Form ein Fahrzeug mit einem Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Im Detail ist in 5 ein Kraftfahrzeug 70 gezeigt. Das Kraftfahrzeug 70 weist Räder 60 auf, die eine Felge 51' und einen Reifen 50' aufweisen. Weiterhin ist in der Felge 51' ein Sensor 100 angeordnet, der den Innendruck des durch Felge 51' und Reifen 50' gebildeten Innenraums 52' messen kann. Die Kommunikationseinrichtung (hier nicht dargestellt) des Sensors (hier nicht dargestellt) ist dabei mit einer externen Empfangseinrichtung 61 zum Empfang von Messsignalen des Sensors (hier nicht dargestellt) verbunden, beispielsweise mittels Bluetooth oder dergleichen. Die Empfangseinrichtung 61 wertet die Messsignale aus und signalisiert entsprechend der Auswertung diese an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs 70.
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Zusammenfassend kann zumindest eine der Ausführungsformen der Erfindung zumindest einen der folgenden Vorteile und/oder folgende Merkmale bereitstellen und/oder ermöglichen:
- - Kompakter Bauraum
- - Einfache, kostengünstige Montage
- - Längere Lebensdauer
- - Zuverlässige Messung, insbesondere von Drücken
- - Flexible Montage
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
