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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Geschwindigkeitssensor mit einer modularisierten Montagestruktur.
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Stand der Technik
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Ein typischer Radgeschwindigkeitssensor weist generell einen Sensorteil mit einem auf einem Leiterrahmen basierenden ASIC(anwendungsspezifische integrierte Schaltung)-Paket und einen an dem Sensorteil angebrachten Kabelteil auf, wobei das ASIC-Paket mit einem zweidrahtigen Kabel des Kabelteils elektrisch verbunden ist. Kundengebundene Anwendung an einem Fahrzeug und Isolation elektrischer Komponenten durch ein thermoplastisches oder wärmehärtendes Polymer werden üblicherweise durch eine Verkapselung realisiert, die durch direkten Spritzguss oder modularisierten Spritzguss gebildet wird, durch die der Sensorteil und der Kabelteil zusammengesetzt werden. Ein Signalübertragungsmuster zwischen dem teuren ASIC und dem Kabel ist nötig.
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Während des Spritzgussprozesses wird die Verkapselung in der Regel an einem Halterteil befestigt. Die Abdichtung zwischen der Verkapselung und dem Halterteil wird durch kleine Rippenartige Struktur des Halterteils erreicht, die bei der Temperatur des eingespritzen Kunststoffs aufgeschmolzen wird, wodurch einen Form- und Stoffschluss zwischen der Verkapselung und dem Halterteil gebildet wird.
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Die Abdichtung zwischen dem Kabel und der Verkapselung wird durch eine Kombinationswirkung der Oberflächenhaftung bedingt durch geringe Schmelze während des Spritzgussprozesses und Schrumpfung während der Abkühlphase nach dem Spritzguss erreicht.
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Die elektrische Verbindung zwischen dem ASIC-Leiterrahmen und dem Kabel wird durch Schweißen, wie Laserschweißen oder Ultraschallschweißen, oder durch Crimpen des Endes des Kabels an einem sich aus dem Leiterrahmen heraus erstreckenden Leiter, oder durch direkt Schweißen der Drähte an dem Leiterrahmen hergestellt.
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Mit der oben erwähnten Sensorstruktur einhergehende Nachteile sind langer Prozesszyklus, der hauptsächlich durch Kühlzeit der Kunststoffverkapselung verursacht; komplizierte Handhabung der Drähte während des gesamten Prozesses; und hohe Varianz in den Geometrien der ASICs oder Leiterrahmen in Abhängigkeit von Montagestellen der Sensoren in Fahrzeugen.
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Im Gebiet der Kabeldichtung soll bei Design, Bearbeiten und Spritzgiessen ein thermischer Prozessfenster eingehalten werden. Insbesondere müssen zum einen die Formstabilität des Kabels beim Spritzguss und die Schrumpfung durch Abkühlung gewährleistet werden und zum anderen soll genügende Wärme ausgehend von der Verkapselung übertragen werden, so dass das Kabel durch Schmelzen auf seinem Oberflächenbereich mit der Verkapselung gefügt wird. Jedoch ist es bei den aktuellen Sensorausgestaltungen schwierig, die oben genannten Anforderungen in verschiedenen Anwendungen und Formungsbedingungen (zum Beispiel Schrumpfunterschiede, verschiedene Spritzgussstellen, verschiedene Spritzgussmaschinen, und verschiedene Abkühlverfahen) zu erfüllen, und erhöhte Kosten für Tests und/oder für zusätzliche Maßnahmen wären unvermeidlich.
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Außerdem zum Ausbilden von Verkapselungen durch Spritzguss von thermoplastischen Materialen für ASICs mit verschiedenen Geometrien (in Abhängigkeit von Anwendungen und Montageanforderungen der Sensoren in Fahrzeugen) braucht jede Variante von Verkapselungen neues Design und neuen Prozess, um zu vermeiden, dass das ASIC whärend des Spritzgusses thermische und mechanische Beanspruchung erzeugt, was auch eine Kostenerhöhung verursacht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine komplett neue Prozesskette bereitzustellen, um zumindest manche der Nachteile der aktuellen Geschwindigkeitssensoren zu beseitigen.
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Zu diesem Zweck wird gemäß einem Aspekt der Erfindung ein modularisierter Geschwindigkeitssensor bereitgestellt, der ein Sensormodul mit einem ersten Gehäuse, einem in dem ersten Gehäuse angeordneten Geschwendigkeitserfassungselement und einem sich aus dem Geschwendigkeitserfassungselement heraus erstreckten Sensoranschluss, und ein Kabelmodul mit einem zweiten Gehäuse und einem Kabel mit einem in dem zweiten Gehäuse angeordneten vorderen Ende umfasst, wobei das Sensormodul und das Kabelmodul getrennt ausgebildet und dann direkt oder indirekt miteinander zusammengesetzt werden, und wobei eine kontaktbehaftete elektrische Verbindung zwischen dem Sensoranschluss und dem Kabel hergestellt wird, indem das Sensormodul und das Kabelmodul zusammengesetzt sind.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Kabelmodul weiter ein leitfähiges Verbindungselement auf, das von dem zweiten Gehäuse getragen und mit dem vorderen Ende des Kabels elektrisch verbunden ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kommen der Sensoranschluss und das Verbindungselement miteinander in elektrischen Kontakt, wenn das Sensormodul und das Kabelmodul zusammengesetzt sind, und eine radiale elastische Kraft und/oder eine axiale elastische Kraft wird durch elastische Verformung zumindest eines des Sensoranschlusses und des Verbindungselements erzeugt, um den Kontaktzustand zwischen denen beizubehalten.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Verbindungselement während Kabelherstellungsstufe durch Schweißen, Crimpen, oder elastisches Klemmen an einem Drahtanschluss des Kabels befestigt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden das Sensormodul und das Kabelmodul durch eine Plug-In-Bewegung aneinander befestigt, durch welche Plug-In-Bewegung einen Form- und/oder Kraftschluss zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuse gebildet wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind das Sensormodul und das Kabelmodul mit standardisierten mechanischen und/oder elektrischen Schnittstellen versehen, um die mechanische und/oder elektrische Kopplung dazwischen zu erleichtern.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der modularisierte Geschwindigkeitssensor weiter ein Haltermodul auf, das an zumindest eines des Sensormoduls und des Kabelsensors angebracht wird und konfiguriert ist, den Geschwindigkeitssensor an einem Stützteil zum Tragen des Geschwindigkeitssensors zu befestigen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Haltermodul durch Spritzguss eines Kunststoffmaterials auf das ersten oder das zweiten Gehäuse gebildet wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Haltermodul durch Schweißen oder durch Verwendung eines zusätzlichen Befestigungselements zusätzlich an dem einen des ersten und des zweiten Gehäuses befestigt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Haltermodul durch eine Plug-In-Bewegung an dem anderen des ersten und des zweiten Gehäuses montiert, durch welche Plug-In-Bewegung einen Form- und/oder Kraftschluss zwischen dem Haltermodul und dem anderen des ersten und des zweiten Gehäuses gebildet wird. In diesem Fall kann das Sensormodul und das Kabelmodul mit standardisierten elektrischen Schnittstellen versehen sein, um die mechanische Kopplung dazwischen zu erleichtern.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist zumindest eines des Sensormoduls, des Kabelmoduls und des Haltermoduls(falls vorhanden) standardisiert.
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Gemäß der Erfindung werden zumindest das Sensormodul und das Kabelmodul des Geschwindigkeitssensors getrennt vorgefertigt und dann zusammengesetzt, sodass verschiedene Sensoren durch einfache Monatge von Sensor- und Kabelmodulen gebildet werden können, was eine Kostenreduzierung erreichen kann. Zugleich können Formwerkzeug vereinfacht und Prozesszyklen verkürzt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Schnittansicht eines Sensormoduls eines Geschwindigkeitssensors gemäß einem Grundkonzept der Erfindung;
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2 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Zustand vor der Montage des Sensormoduls an einem Kabelmodul zeigt;
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3 ist eine schematische Schnittansicht, die das Sensormodul und das Kabelmodul in einem montierten Zustand zeigt;
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4 und 5 sind schematische Querschnittansichten, die mögliche Verbindungsmöglichkeiten zwischen einem Verbindungselement und einem Kabelanschluss zeigen;
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6 ist eine schematische Schnittansicht eines Geschwindigkeitssensors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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7 ist eine schematische Schnittansicht eines Geschwindigkeitssensors gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
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8 ist eine rechte Seitenansicht des Geschwindigkeitssensors der 7.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Nachfolgend werden einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Gemäß einem Grundkonzept der Erfindung wird ein Radgeschwindigkeitssensor bereitgestellt, der ein Sensormodul und ein Kabelmodul umfasst, die als getrennte Einheiten ausgebildet und dann zusammengesetzt werden.
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1 zeigt eine schematische Struktur eines Sensormoduls 10 der Erfindung, das vor allem einen von einem Leiterrahmen (nicht gezeigt) getragenen ASIC-Chip 1, einen sich aus dem Leiterrahmen heraus erstreckten Sensoranschluss 2 zur Energie- und Signalübertragung, und ein erstes Gehäuse 3 aufweist, das aus einem isolierenden Kunststoffmaterial gebildet wird, wobei der ASIC-Chip 1, der Leiterrahmen und ein Innenteil des Sensoranschlusses 2 in dem ersten Gehäuse abgedichtet sind.
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Der Leiterrahmen kann die Form eines Gitters aufweisen, das aus einem Metallblech durch Stanzen gebildet wird, wobei der Sensoranschluss 2 gleichzeitig gebildet wird.
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Die elektrische Verbindung zwischen dem ASIC-Chip 1 und dem Sensoranschluss 2 kann durch Crimpen, durch eine elastische Kraft, oder durch andere geeignete Kontaktverbindungen erreicht werden.
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Das erste Gehäuse 3 kann durch Spritzgussformen oder Niederdruckgießen eines thermoplastischen Materials, durch Pressformen eines wärmehärtenden Materials, oder durch Verwendung einer Versieglungsmaschine gebildet werden.
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Das Sensormodul 10 ist so konfiguriert, dass sich seine Lesefläche in Bezug auf einen Kodierdisk in eine bestimmte Orientierung (seitliches Lesen, unteres Lesen, oder schräges Lesen) befindet. Für ein Stahlrad wird ein Permanentmagnet in dem Sensormodul 10 verwendet.
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Wie gezeigt in 2 kann das Sensormodul 10 durch eine Plug-In-Bewegung an einem Kabelmodul 20 montiert werden. Das Kabelmodul 20 weist ein Kabel 4 mit zumindest einem Draht 5 mit einem Drahtanschluss 6, ein mit dem Drahtanschluss 6 elektrisch verbundenes Verbindungselement 7, und ein zweites Gehäuse 8 auf, in dem das Verbindungselement 7 und ein Endeteil des mit dem Verbindungselement verbundenen Kabels 4 abgedichtet sind.
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Das Sensormodul 10 und das Kabelmodul 20 sind durch die auf deren Gehäusen vorgesehenen Eingriffsstrukturen zusammengesetzt. Zum Beispiel ist in der Ausführungsform in 2 das zweite Gehäuse 8 mit einer Ausnehmung zur Aufnahme eines Teils des ersten Gehäuses 3 versehen, um einen Form- und/oder Kraftschluss miteinander zu bilden. Alternativ kann das erste Gehäuse 3 mit einer Ausnehmung zur Aufnahme eines Teils des zweiten Gehäuses 8 versehen sein. Verriegelungsmerkmale, zum Beispiel eine Pressverbindung, können auf den zwei Gehäusen gebildet werden, um deren Verriegelung in dem in 3 gezeigten montierten Zustand zu erreichen. Alternativ oder zusätzlich kann das Sensormodul 10 durch Spritzgussformen, durch Kleben oder durch Schweißen, zum Beispiel Laserschweißen, Laser-Jet-Schweißen oder Ultraschallschweißen an dem Kabelmodul 20 befestigt werden. Weiterhin kann alternativ oder zusätzlich ein zusätzliches Befestigungselement verwendet werden, um das Sensormodul 10 an dem Kabelmodul 20 zu verriegeln. Die Abdichtung zwischen den zwei Gehäusen kann durch ein Abdichtungselement, Eingriffstrukturen in Form von Rippe-Nut, ein Dichtungsmittel oder der gleichen bewirkt werden.
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Das Verbindungselement 7 wird aus einem leitfähigen Metallblech gebildet und wird bei der Herstellung des Kabels durch Schweißen, durch Crimpen, durch eine elastische Kraft, oder durch andere geeignete Maßnahme an dem Drahtanschluss 6 befestigt. Wie gezeigt in 4 wird in einer Ausführungsform der Erfindung ein Teil 7’ des Verbindungselements 7 auf den Drahtanschluss 6 crimpt, wobei eine kontaktbehaftete elektrische Verbindung dazwischen gebildet wird. Wie gezeigt in 5 wird in einer anderen Ausführungsform der Erfindung der Drahtanschluss 6 innerhalb des Verbindungselements 7 elastisch verformt, wobei eine kontaktbehaftete elektrische Verbindung dazwischen durch radiale elastische Kräfte, die durch die Verformung des Drahtanschlusses 6 erzeugt werden, gebildet wird. Alternativ oder zusätzlich kann die kontaktbehaftete elektrische Verbindung zwischen dem Drahanschluss 6 und dem Verbindungselement 7 durch eine axiale elastische Kraft, die durch elastische Verformung des Drahtanschlusses 6 und/oder des Verbindungselements 7 erzeugt wird, zustande kommen.
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Unter der Beschränkung des zweiten Gehäuses 8 sind die Gestalt des Verbindungselements 7 und die Position des Verbindungselements 7 in Bezug auf das Kabel 4 fixiert, und deren Isolation gegenüber der Umgebung wird erreicht.
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Wenn das Sensormodul 10 an dem Kabelmodul 20 montiert wird, kommt der Sensoranschluss 2 in Kontakt mit dem Verbindungselement 7, zum Beispieldurch Einstecken in das Verbindungselement 7, sodass eine elektrische Verbindung dazwischen durch eine elastische Kraft (in radialer Richtung, axialer Richtung, oder beiden Richtungen), die durch elastische Verformung des Sensoranschlusses 2 und/oder des Verbindungselements 7 erzeugt wird, gebildet wird.
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Beim Einsatz im Fahrzeug wird der Geschwindigkeitssensor an einem Teil des Fahrzeugs befestigt. Zu diesem Zweck wird ein Haltermodul auf die Baugruppe des Sensormoduls 10 und des Kabelmoduls 20 aufgebracht. Das Haltermodul wird vorzugsweise aus einem Kunststoff gebildet und an eines oder beide der Gehäuse des Sensormoduls 10 und des Kabelmoduls 20 angebracht.
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In der Ausführungsform in 6 weist ein Geschwindigkeitssensor ein Sensormodul 10, ein Kabelmodul 20 und ein Haltermodul 30 auf. Das Sensormodul 10 umfasst ein erstes Gehäuse 3, und das Kabelmodul 20 umfasst ein zweites Gehäuse 8 und ein Kabel 4, dessen vorderes Ende in dem zweiten Gehäuse 8 befestigt wird. Das zweite Gehäuse 8 umfasst einen Vorderteil 8a, das in das erste Gehäuse 3 eingesteckt und befestigt wird, und einen Hinterteil 8b, auf den das Haltermodul 30 angebracht wird.
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In dieser Ausführungsform wird das Haltermodul 30 durch Umspritzung auf das zweite Gehäuse 8 gebildet. Das Haltermodul 30 umfasst einen rohrförmigen Teil 11, das den Hinterteil 8b umgibt, und einen flanschförmigen Befestigungsteil 12, das sich von dem rohrförmigen Teil 11 radial nach außen erstreckt. Befestigungsmerkmale, zum Beispiel Klammern, Durchgangslöcher zum Durchführung von Schrauben, oder der gleichen, können an/in dem Befestigungsteil 12 gebildet werden, um den Geschwindigkeitssensor an einem Teil des Fahrzeugs zu befestigen.
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Ein Abdichtungselement kann von dem Befestigungsteil getragen werden, um den Geschwindigkeitssensor an den Teil des Fahrzeugs abzudichten.
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Verriegelungsmerkmale wie eine oder mehrere Umfangsnuten 13 können an dem Hinterteil 8b gebildet werden und mit dem Material des rohrförmigen Teils 11 kooperieren zum Befestigen des Haltermoduls 30 an dem Kabelmodul 20. Alternativ oder zusätzlich wird das rohrförmige Teil 11 an Schweißpunkten 14 an dem Hinterteil 8b geschweißt.
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In einer Ausführungsform in 7 und 8 weist ein Geschwindigkeitssensor ein Sensormodul 10, ein Kabelmodul 20 und ein Haltermodul 30 auf. Das Sensormodul 10 umfasst ein erstes Gehäuse, das ein miteinander zusammengesetzter erster und zweiter Teil 3a, 3b umfasst und das einen Innenraum darin definiert, ein in dem Innenraum angeordnetes Erfassungselement 1’, und ein Paar Sensoranschlüsse 2a und 2b jeweils zur Energie- und Signalübertragung, die sich von dem Erfassungselement 1’ durch den zweiten Teil 3b hindurch erstrecken und an dem hinteren Ende des zweiten Teils 3b freiliegen.
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Das Kabelmodul 20 weist ein zweites Gehäuse 8, ein Kabel 4, dessen vorderer Ende in dem zweiten Gehäuse 8 abgedichtet wird, und ein Verbindungselement auf, das an dem vorderen Ende des zweiten Gehäuses 8 befestigt und mit zwei Drähten in dem Kabel 4 verbunden wird, wobei das Verbindungselement Verbindungsanschlüsse 7a und 7b umfasst, die jeweils mit den Sensoranschlüssen 2a und 2b in elektrischer Kontaktverbindung bringbar sind.
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Das Haltermodul 30 umfasst ein erstes rohrförmiges Teil 11a, das an dem zweiten Teil 3b des ersten Gehäuses montiert ist, ein zweites rohrförmiges Teil 11b, das an dem zweiten Gehäuse 8 montiert ist, ein Befestigungsteil 12’, das von der Verbindungsstelle des ersten und zweiten rohrförmigen Teil 11a und 11b in einer radialen Richtung nach außen absteht, und ein Verstärkungselement 15, das in dem Befestigungsteil 12’ angeordnet ist, wobei das Verstärkungselement 15 ein Durchgangsloch 16 zur Durchführung einer Schraube zum Befestigen des gesamten Sensors an einem Teil des Fahrzeugs aufweist. Das Verstärkungselement 15 wird vorzugsweise aus einem Material gebildet, das eine höhere Festigkeit als die des verbleibende Teile des Haltermoduls 30 bildenden Kunststoffs aufweist.
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Das Haltermodul 30 kann durch Verriegelungsstrukturen, durch Schweißen, oder durch Umspritzuen an dem Sensormodul 10 und dem Kabelmodul 20 angebracht werden.
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In der Ausführungsform in 7 und 8 ist keine mechanische Kopplung/Abdichtung zwischen den Gehäusen des Sensormoduls 10 und des Kabelmoduls 20 vorhanden; jedoch kann in anderen Ausführungsformen ein Form- und/oder Kraftschluss dazwischen vorgesehen sein.
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Gemäß der Erfindung werden das Sensormodul 10 und das Kabelmodul 20 des Geschwindigkeitssensors vorgefertigt und danach direkt oder mittels eines anderen Elements (wie des Haltermoduls 30) zusammengesetzt, so dass verschiedene Sensoren durch einfache Montage von Sensor- und Kabelmodulen für verschiedene Anwendungen oder Montagestellen in Fahrzeugen gebildet werden können. Verschiedene Montagemöglichteiken können auf einer einfachen Weise erreicht werden.
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Alle Module können standardisiert werden, daher sind nur reduzierte Bauteile und Werkzeuge nötig.
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Die elektrische Verbindung zwischen dem ASIC-Chip und dem Kabel kann in einer vereinfachten Montagelinie durch einen mechanischen Plug-In-Schritt (Steckschritt) erreicht werden.
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Standardisierte Schnittstellen können auf Modulen vorgesehen sein, um die Motage der Modulen zu erleichtern.
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Das Haltermodul kann durch ein Spritzgussverfahren durch vereinfachte Werkzeugen und verkürzte Prozesszyklen auf einem der Sensor- und Kabelmodule ausgebildet werden, daher wird das thermische Prozessfenster verbreitert.
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Das Haltermodul wird vorzugsweise durch Spritzguss (Umspritzen) auf dem Kabelmodul ausgebildet, damit die internen Komponenten der Sensormodule weniger durch den Spritzguss beeinflusst wird.
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Während bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden sind, sind diese Ausführungsformen nur beispielshaft dargestellt und sollen nicht den Umfang der Erfindung beschränken. Die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente sollen alle Modifikationen, Ersetzungen und Änderungen bedecken, die im Umfang und Geist der Erfindung fallen würden.
