DE19618631A1 - Vorrichtung zur Messung von Dreh- oder Winkelbewegungen und ein Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtung - Google Patents
Vorrichtung zur Messung von Dreh- oder Winkelbewegungen und ein Verfahren zur Herstellung dieser VorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung
von Dreh- oder Winkelbewegungen und zum Erzeugen eines die
Bewegung darstellenden elektrischen Signals, bestehend aus
einem Meßwertgeber, der mit dem die Dreh- oder Winkelbewe
gung ausführenden Körper umläuft, und aus einem stationären
Meßwertaufnehmer, der in Form eines Gehäuses, in dem die zum
Erzeugen des elektrischen Signals vorgesehenen Bauteile ein
geschlossen sind und aus dem ein Anschlußkabel herausführt,
ausgebildet ist. Ein Verfahren zur Herstellung einer sol
chen Vorrichtung ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.
Meßvorrichtungen dieser Art sind in vielfältigen
Ausführungsformen bekannt. Als Meßwertgeber dient je nach
System eine Zahnscheibe, ein Encoder-Ring mit magnetisierten
Arealen oder ein ähnliches Gebilde. Der Meßwertaufnehmer
enthält eingeschlossen in einem schützenden Gehäuse entweder
ein aktives Sensorelement oder, wenn es sich um einen passi
ven, induktiven Meßwertaufnehmer handelt, eine Induktions
spule mit einen Permanentmagneten. Das von dem Meßwertgeber
infolge der zu messenden Bewegung "gestörte" magnetische
Feld ruft in der Induktionsspule das die Drehbewegung dar
stellende elektrische Meßsignal hervor. Die induktiven Meß
wertaufnehmer enthalten außerdem einen, zwei oder noch meh
rere Polschuhe, die aus dem Gehäuse herausragen können, und
in bekannter Weise den Verlauf des Magnetfeldes über die
Randzone oder den Zahnbereich des Meßwertgebers derart be
einflussen, daß ein vergleichsweise hohes Meßsignal ent
steht.
Derartige Meßvorrichtungen werden beispielsweise für
Kraftfahrzeug-Regelungssysteme, wie ABS, ASR
(Antriebsschlupfregelung), ASMS (Fahrstabilitäts-Regelungs
systeme) usw. eingesetzt. Sie dienen hierbei zur Messung des
Drehverhaltens der einzelnen Fahrzeugräder und somit zum
Gewinnen von Eingangssignalen dieser Regelungssysteme. Bei
einem solchen Einsatz bzw. einem solchen Verwendungszweck
wird auf geringe Herstellungskosten und dennoch hohe Be
triebssicherheit großen Wert gelegt. Das Erreichen dieses
Ziels ist Gegenstand intensiver Entwicklungsarbeiten. Die
mechanische Stabilität der einzelnen Komponenten einer sol
chen Meßvorrichtung, die leichte und damit kostengünstige
Montage, die Haltbarkeit und der Schutz der empfindlichen
elektrischen Bauteile gegen Verschmutzung und Feuchtigkeit
sind ebenfalls wichtige Forderungen. Man ist daher bemüht,
den Meßwertaufnehmer derart auszubilden, daß die elektri
schen Bauteile in einem schützenden, geschlossenen Gehäuse
untergebracht werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde,
eine besonders einfache, kostengünstige und betriebssichere
Bauform einer Meßvorrichtung der eingangs genannten Art,
insbesondere des Meßwertaufnehmers zu entwickeln.
Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe durch die im Anspruch
1 beschriebene Ausgestaltung der Meßvorrichtung und durch
das Herstellungsverfahren nach Anspruch 5 gelöst werden
kann.
Das Besondere der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung besteht
also darin, daß das Gehäuse des Meßwertaufnehmers aus zwei
Halbschalen zusammengesetzt ist, die aus Kunststoff bestehen
und die nach dem Einfügen der elektrischen Bauteile und Ein
legen des Anschlußkabels durch Kleben oder Schweißen verbun
den sind und die mit einer nach dem Verbinden der Halbscha
len eingeleiteten Gießmasse, einem Heißschmelzkleber, einer
Silikonmasse (z. B. RTV-oxim vernetzt) oder dergleichen, aus
gefüllt sind.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprü
chen genannt. Anspruch 5 bezieht sich auf ein Verfahren zur
Herstellung des Meßwertaufnehmers.
Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden
Darstellung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefüg
ten Abbildungen hervor.
Es zeigen in schematisch vereinfachter Darstellungsweise
Fig. 1 im Längsschnitt entlang der Linie A-B in Fig. 2 einen
Meßwertaufnehmer gemäß einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung und
Fig. 2 eine weitere Ansicht, ebenfalls im Längsschnitt, des
Meßwertaufnehmers nach Fig. 1.
Fig. 1 veranschaulicht den prinzipiellen Aufbau einer Meß
vorrichtung nach der Erfindung. Dargestellt ist im Längs
schnitt der Meßwertaufnehmer 6 eines aktiven Drehzahlsen
sors, der zusammen mit einem angedeuteten Encoder 1 z. B. zur
Messung der Drehzahl eines Fahrzeugrades verwendet werden
kann. Der angedeutete Encoder 1 besitzt hier die Form eines
Ringes, der mit dem Rad, dessen Drehbewegung gemessen werden
soll, umläuft und der magnetisierte Areale 2 trägt. Dabei
haben die benachbarten Areale entgegengerichtete Polarität.
Diese magnetischen Areale 2 werden an einem Meßkopf oder
Sensorelement 5, das Bestandteil des Meßwertaufnehmers ist,
vorbeigeführt und rufen in bekannter Weise ein Meßsignal,
das die Drehbewegung darstellt, hervor. Wichtig ist, daß der
Abstand zwischen dem Sensorelement 5 des stationären Meß
wertaufnehmers 6 und dem Encoderring bzw. der Luftspalt
zwischen dem Sensorelement 5 und dem Encoder 1 ausreichend
gering ist.
Fig. 1 zeigt eine "offene" Halbschale 7 des
Meßwertaufnehmer-Gehäuses. In dieser Halbschale 7 werden
zweckmäßigerweise zur Herstellung des Meßwertaufnehmers 6
die elektrischen Bauteile, nämlich das Sensorelement 5 und
eine zugehörige (integrierte) Schaltung 8 sowie Verbindungs
elemente 9 zu einem aus dem Gehäuse heraus führenden
Anschlußkabel 10 eingelegt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
der Erfindung (siehe auch Fig. 2) führt eine sogenannte
Krimp-Verbindung 9 von der integrierten Schaltung 8 zum An
schlußkabel 10.
In Fig. 2 sind im Schnitt beide Halbschalen 7, 7′ des
Meßwertaufnehmer-Gehäuses dargestellt. Es wurde gewisserma
ßen auf die Halbschale 7 - siehe Fig. 1 - eine zweite Halb
schale 7′ aufgelegt, und es wurden beide Halbschalen 7, 7′
durch Verkleben oder Verschweißen der aufeinanderliegenden
Gehäusewandungen miteinander verbunden. Durch das Verkleben
oder auch durch Ultraschall- oder Heizspiegel-Verschweißen
läßt sich eine mechanisch feste, feuchtigkeitsdichte Verbin
dung erzielen.
Durch eine Umhüllung 11 des Anschlußkabels 10 an der Ein
trittsstelle in das Gehäuse des Meßwertaufnehmers 6 und
durch gewellte oder zackenförmige Ausbildung dieser Umhül
lung 11 im Eintrittsbereich in das Gehäuse läßt sich eine
Arretierung und Abdichtung zwischen dem Inneren des Gehäuses
(7+7′) und der Eintrittsstelle des Anschlußkabels 10 errei
chen. Hierzu ist diese Umhüllung 11 aus elastischem Materi
al, das sich einerseits mit der Kabelummantelung verbindet
und andererseits beim Zusammenfügen der beiden Halbschalen
7, 7′ im Eintrittsbereich an die Wandung der Halbschalen an
legt, gefertigt. Es ist auch möglich, auf eine separate Um
hüllung 11 zu verzichten und statt dessen den Mantel des
Kabels 10 zumindest in dem Eintrittsbereich wellig aus zu
bilden, damit beim Zusammenfügen der beiden Halbschalen 7, 7′
eine zugfeste Halterung des Kabels 10 im Gehäuse 6 entsteht.
Die beiden Halbschalen 7, 7′ bestehen vorzugsweise aus einem
thermoplastischen Kunststoff.
Nach dem Zusammenfügen der beiden Halbschalen 7, 7′ werden
alle Zwischenräume zwischen den Wandungen der Halbschalen
7, 7′ und den vor dem Verschließen eingelegten elektrischen
Bauteilen, nämlich dem Sensorelement 5, der integrierten
Schaltung 8, der Krimp-Verbindung 9 und dem in die Umhüllung
hineinreichenden Kabel 10, mit einer Gießmasse, z. B. einem
Heißschmelzkleber, einer Silikonmasse (wie RTV-oxim vernetz
tem Silikon) oder einem ähnlichen Werkstoff ausgefüllt, der
durch eine Einfüllöffnung 12 - siehe Fig. 2 - in das ge
schlossene Gehäuse des Meßwertaufnehmers 6 eingebracht wird.
Dadurch entsteht eine mechanisch feste Arretierung der elek
trischen Bauteile, einschließlich des Anschlußkabels, in dem
Gehäuse (7+7′). Durch die erkaltende Gießmasse wird auch die
Öffnung 12 verschlossen. Der gesamte Meßwertaufnehmer wird
durch diese einfache Maßnahme zu einem mechanisch stabilen,
vor Feuchtigkeit geschützten Bauteil.
In Fig. 1 ist außerdem noch die Wandung einer Befestigungs
klammer 13 angedeutet, die zur Halterung und Positionierung
des stationären Meßwertaufnehmer-Gehäuses an der vorgesehe
nen Stelle verwendet werden kann. Natürlich kommen auch an
dere, an sich bekannte Befestigungsarten des stabilen Gehäu
ses in Frage.
Handelt es sich um eine passive Meßvorrichtung, wird anstel
le des Sensorelementes 5 und der integrierten Schaltung 8
ein Spulensystem in die Kunststoff-Halbschalen 7, 7′ bzw. in
das Gehäuse des Meßwertaufnehmers 6 eingelegt. Solche passi
ven, induktiven Meßsysteme enthalten u. a. eine Spule mit
einer Meßwicklung, einen Dauermagneten und Polschuhe, mit
denen das Magnetfeld im Bereich des Encoders 1 oder einer
entsprechenden Zahnscheibe aus ferromagnetischem Material
derart "verformt" wird, daß bei der zu messenden Drehbewe
gung eine relativ hohe Meßspannung in der Spule induziert
wird. Derartige Meßsysteme und Meßvorrichtungen sind be
kannt, wobei man allerdings bisher aufwendige Gehäusekon
struktionen für erforderlich hielt. Erfindungsgemäß wird
dagegen das induktive Meßsystem in der beschriebenen Weise
anstelle des Sensorelementes in eine Halbschale 7 lediglich
eingelegt und dort positioniert. Anschließend werden beide
Schalen 7, 7′ verschlossen und das Sensorgehäuse ausgefüllt,
um einen mechanisch stabilen, feuchtigkeitsdichten passiven
Meßwertaufnehmer zu erhalten.
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Messung von Dreh- oder Winkelbewe
gungen und zum Erzeugen eines die Bewegung darstel
lenden elektrischen Signals, bestehend aus einem
Meßwertgeber, der mit dem die Dreh- oder Winkelbewe
gung ausführenden Körper umläuft, und aus einem sta
tionären Meßwertaufnehmer, der in Form eines Gehäu
ses, in dem die zum Erzeugen des elektrischen Si
gnals vorgesehenen Bauteile eingeschlossen sind und
aus dem ein Anschlußkabel herausführt, ausgebildet
ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus
zwei Halbschalen (7, 7′) zusammengesetzt ist, die aus
Kunststoff gefertigt sind und die nach dem Einfügen
der Bauteile (5, 8, 9) und Einlegen des Anschlußkabels
(10) durch Kleben, Ultraschallschweißen oder Heiz
spiegelschweißen verbunden und mit einer nach dem
Verbinden der Halbschalen eingeleiteten Gießmasse,
einem Heißschmelzkleber oder dergleichen ausgefüllt
sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die zum Erzeugen des elektrischen Meßsignals
vorgesehenen Bauteile (5, 8, 9) ein aktives Sensor
element (5) auf Basis eines Hall-Generators oder
eines magneto-resistiven Meßelementes und Permanent
magnete enthalten.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine zur Ansteuerung des Sensorelementes (5) und
Aufbereitung der Sensorsignale vorgesehene Schaltung (8)
in dem Gehäuse des Meßwertaufnehmers (6) ange
ordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die zum Erzeugen der elektrischen Meßsignale
vorgesehenen Bauteile ein induktives Meßelement in
Form einer Spule mit einer Meßwicklung und mit einem
Permanentmagneten umfassen.
5. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach
einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß in eine erste Halbschale (7),
die ein Fertigungsteil des Sensorgehäuses ist, die
zur Erzeugung der elektrischen Meßsignale vorgesehe
nen, bereits mit dem Anschlußkabel (10) verbundenen
Bauteile (5, 8, 9) eingelegt werden, daß eine zweite,
das Sensorgehäuse schließende Halbschale (7′) aufge
legt und durch Verkleben oder Schweißen mit der er
sten Halbschale (7) verbunden wird sowie daß
anschließend das Sensorgehäuse (7, 7′) mit einer
Gießmasse ausgefüllt wird, die durch eine Zutritts
öffnung (12) in der Wandung der Halbschalen (7, 7′)
hindurch eingeleitet wird.
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