DE19744673C2 - Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl eines umlaufenden Bauteiles, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl eines umlaufenden Bauteiles, insbesondere für ein KraftfahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl eines
umlaufenden Bauteiles, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In Kraftfahrzeugen befinden sich verschiedene Aggregate, deren Drehzahlen
für die Sicherheit und Wirtschaftlichkeit des Fahrzeuges von Bedeutung sind.
Diese Drehzahlen werden von Drehzahlsensoren erfaßt. Zur Erfassung der
Drehzahl wird die Drehzahlsonde gegenüber einem Zahnrad angeordnet, so
daß ein Zahn des Zahnrades bei einer Drehbewegung ein magnetisches oder
elektromagnetisches Feld je nach Art des Drehzahlgebers im Drehzahlgeber
verändert. Der Drehzahlgeber erfaßt die Änderungen und erzeugt elektrische
Ausgangssignale aus denen sich die Drehzahl des Zahnrades ermitteln läßt.
Ein Drehzahlgeber, der auf dem physikalischen Halleffekt beruht, besteht aus
einem auf einem Silizium-Chip integrierten Hall-Element, welches eine
Meßfläche aufweist. Zur Erzeugung eines gleichmäßigen magnetischen Feldes
ist ein Magnet vorgesehen. Über dem Magneten befindet sich eine Leiterplatte
mit elektrischen Bauteilen, welche das Signal des Hall-Chips in ein
drehzahlabhängiges Signal umwandeln.
Bei einem solchen Drehzahlgeber müssen zur Montage des Gehäuses die
einzelnen Teile wie Leiterplatte, Steckverbinder und Magnetsensor aufwendig
zusammengesetzt und montiert werden. (US PS 56 31 577)
Insbesondere für Raddrehzahlsensoren, wie sie für Antiblockiersysteme bzw.
Antischlupfregelungen benötigt werden, bestehen erhöhte Anforderungen an
den Betriebstemperaturbereich. Darüber hinaus ist eine erhöhte Dichtheit
gegenüber dem Eindringen von Staub und Wasser notwendig, was umfangrei
che konstruktive Maßnahmen nach sich zieht.
Aus der DE 44 22 951 A1 ist eine Verbindungsanordnung zwischen einem
Sensor und Anschlußleitungen offenbart, bei welchem Anschlußelemente als
dünne Blechformteile ausgebildet sind und mit zungenartigen Endabschnitten
in einem Gehäuse aus Kunststoff fixiert sind. Dabei erfolgt die Lagefixierung
der Blechformteile in einem Kunststoffspritzvorgang. Auch aus der US PS 56
37 995 ist ein Drehzahlsensor bekannt, bei welchem der Sensor von einem
Isolierkörper umspritzt ist. Hierbei ist zwar der Magnetsensor gegenüber dem
Eindringen von Staub und Schmutz geschützt, es sind aber umfangreiche
konstruktive Maßnahmen erforderlich, den Drehzahlgeber insgesamt so zu
montieren und abzudichten.
Ein elektrischer Meßwertaufnehmer, wie er aus der DE 38 27 937 A1 bekannt
ist, weist eine flexible Leiterplatte auf, welche auf einem Träger innerhalb des
Sensors angeordnet ist und ein Anschlußkabel mit der Meßschaltung verbindet.
Nachteilig ist dabei die Temperaturunbeständigkeit der flexiblen Leiterplatte.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erfassung
der Drehzahl eines umlaufenden Bauteiles anzugeben, die auf einfache Weise
herstellbar ist und trotzdem den Anforderungen an eine erhöhte Dichtheit und
einem weiten Betriebstemperaturbereich entspricht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale in dem Patentanspruch
1 gelöst.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das die Leiterbahnanordnung
bildende Blechformteil hitzeresistent und in hohen Temperaturbereichen voll
funktionsfähig ist.
Dadurch, daß der Isolierkörper das Blechformteil und die Abtast- bzw. Signal
aufbereitungseinrichtung annähernd vollständig umschließt, ist die Schaltung
vor dem Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit geschützt. Durch den
Isolierkörper sind die Abtast- und die Signalaufbereitungseinrichtung zusätzlich
gegenüber der Umspritzung des Isolierkörpers durch das Spritzgußgehäuse
abgedichtet.
Vorteilhafterweise ist das Spritzgußgehäuse einstückig ausgebildet und weist
eine Steckeraufnahme auf, in die ein Gegenstecker einsteckbar ist.
Diese Ausgestaltung weist den Vorteil einer verbesserten Dichtheit des Dreh
zahlgebers auf. In einer Ausgestaltung ist innerhalb der Steckeraufnahme das
Blechformteil als Steckeranschluß mit mindestens zwei Steckerkontakten
ausgebildet. Das Blechformteil dient also gleichzeitig als Steckerstift, wodurch
die Montage eines einzelnen Steckers entfällt.
In einer Weiterbildung greifen die Isolierkörperteile nach der Montage abdich
tend ineinander. So wird ein hinreichender Schutz vor äußeren Einflüssen der
sich innerhalb des Isolierkörpers befindenden elektrischen Bauteile ermöglicht.
Um das Blechformteil auf dem Isolierkörper zu fixieren, weist das Blechformteil
mindestens eine Bohrung auf, in welche ein Vorsprung des Isolierkörpers
eingreift, wodurch eine lagerichtige Montage des Blechformteils auf dem
Isolierkörper gewährleistet wird.
Die zu den Vorsprüngen korrespondierenden Öffnungen in dem Blechformteil
werden im Rahmen des Stanzvorganges in das Blechformteil gestanzt, so daß
auch für die Herstellung der Öffnung kein zusätzlicher Arbeitsaufwand erforder
lich ist.
Da der Isolierkörper aus zwei Halbschalen besteht, ist in die erste Halbschale
das Blechformteil flächig einsetzbar, während die zweite Halbschale sowohl die
auf dem Blechformteil angeordnete Abtasteinrichtung als auch die Signalaufbe
reitungseinrichtung annähernd formschlüssig einschließt. Diese Anordnung
erlaubt eine einfache Montage der Bauteile des Sensors und gewährleistet
gleichzeitig die lagerichtige Fixierung dieser während des Einsatzes.
In einer Ausgestaltung sind die Halbschalen beweglich miteinander verbunden.
In einer Weiterbildung ist die Signalauswerteeinrichtung durch elektrische
Bauelemente gebildet, welche mit dem Blechformteil verschweißt oder verlötet
sind. Die Schweißverbindungen zwischen Bauteilen und Blechformteil halten
ebenfalls höheren Temperaturen stand.
Es hat sich als günstig erwiesen, daß das Blechformteil als Blech-Stanz-
und/oder Blech-Stanz-Biegeteil ausgebildet ist. Das Herstellungsverfahren des
Stanzens und des sich daran anschließenden Biegens der gestanzten Blech
formteile ist kostengünstig und technisch präzise durchführbar. Desweiteren
bietet dieses Herstellungsverfahren eine große Variabilität und eine große
Anpassungsfähigkeit bei der Herstellung der verschiedensten Leiterbahnan
ordnungen.
Durch die flächige Auflage des Blechformteiles auf dem Isolierkörper ist die
Schaltungsanordnung gegen Schwingungen unempfindlich, die insbesondere
im Bereich der Kfz-Technik Beachtung finden müssen.
In einer Ausgestaltung ist die Abtasteinrichtung ein Hallchip, der an der dem
umlaufenden Bauteil gegenüberliegenden Seite des Blechformteils so ange
ordnet ist, daß seine aktive Fläche dem umlaufenden Bauteil direkt gegenüber
liegt und nur von dem entsprechenden Teil des Spritzgußgehäuses bedeckt ist.
Diese Anordnung erlaubt die Verringerung des Abstandes zwischen der aktiven
Meßfläche des Hallchips und dem umlaufenden Bauteil, wodurch die Empfind
lichkeit des Drehzahlsensors erhöht wird.
Vorteilhafterweise weist das Blechformteil federnde Abwinklungen zur Aufnah
me und Befestigung des Hallchips auf. Diese Abwinklungen können in einem
Verfahrensschritt beim Ausstanzen eines Blech-Stanz-Biegeteiles kostengün
stig hergestellt werden. Durch das anschließende Biegen des gestanzten
Blechformteils wird die für die Aufnahme des Hallchips notwendige Form
erreicht.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsbeispiele zu. Eines davon soll
anhand der in den Figuren dargestellten Zeichnungen näher erläutert werden:
Es zeigen:
Fig. 1: Schnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehzahl
sensors,
Fig. 2: Anordnung des Blechformteils und der elektrischen Schaltung auf dem
Isolierkörper,
Fig. 3: Anordnung des Hallchips am Blechformteil
Fig. 4: erste Steckeranordnung,
Fig. 5: zweite Steckeranordnung.
In den Figuren ist schematisch ein Raddrehzahlsensor dargestellt, der den
Halleffekt nutzt, um die Drehzahl in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Ein
nicht weiter dargestelltes magnetisch codiertes Rad erzeugt der Drehzahl
entsprechende Impulse im Drehzahlsensor. Gleiche Merkmale sind dabei mit
gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Gemäß Fig. 1 besteht der Raddrehzahlsensor aus zwei Kunststoffhalbschalen
1 und 2. Auf der Kunststoffhalbschale 1 ist flächig ein Blechformteil 3 angeord
net.
Auf dem Blechformteil 3 sind passive elektrische Bauelemente C1, R1 ver
schweißt. Außerdem ist das Hallchip 4 mit seinem Anschluß 5 ebenfalls
elektrisch mit dem Blechformteil 3 verbunden. Vorteilhafterweise ist der An
schluß 5 ebenfalls mit dem Blechformteil 3 verschweißt.
Die zweite Kunststoffhalbschale 2 bedeckt dabei die elektrischen Bauelemente
C1, R1 und den größten Teil des Blechformteils. Die Kunststoffhalbschale 2 ist
dabei so gestaltet, daß sie auf der den Bauteilen gegenüberliegenden Seite
annähernd die Form der von ihr eingeschlossenen Bauelemente C1, R1
aufweist.
Die beiden Halbschalen 1 und 2 schließen im montierten Zustand das Blech
formteil 3 sowie die Bauelemente C1, R1 dicht gegenüber Umwelteinflüssen
ab. Die so aufgebauten Halbschalen 1, 2 sind von einem Kunststoffgehäuse 6
umspritzt.
Die Fig. 2 zeigt die Draufsicht auf das Blechformteil, welches auf der Halb
schale 1 flächig angeordnet ist.
Das Blechformteil 3 besteht aus zwei Leitbahnzügen 3a, 3b. Die dargestellten
elektrischen Bauelemente C1, R1, D1, ZD1 sind so auf den Leitbahnzügen 3a,
3b verschweißt, daß ein Anschluß jedes Bauteils mit der Leiterbahn 3a verbun
den ist, welches Massepotential aufweist. Der jeweils andere Anschluß der
Bauelemente R1, C1, D1, ZD1 ist mit der Betriebsspannung führenden Lei
terbahn 3b verbunden.
Die Leiterbahnzüge 3a, 3b des Blechformteils 3 weisen Bohrungen 10 auf, in
denen ein Vorsprung der Kunststoffhalbschale 1 eingreift, so daß das Blech
formteil 3 auf der Kunststoffhalbschale 1 lagefixiert ist.
Die Leiterbahnzüge 3a, 3b des Blechformteiles sind aus den Kunststoffschalen
1, 2 herausgezogen und bilden Steckerkontakte 8a, 8b. Die Kunststoffhalb
schalen 1 und 2 weisen dabei Vorsprünge 9a, 9b auf, die im montierten
Zustand je einen Steckerkontakt 8a, 8b fest umschließen, um so ein Eindringen
von Staub und Feuchtigkeit in das Innere des Drehzahlgebers an dieser Stelle
zu verhindern. Gleichzeitig sind die Steckerkontakte 8a, 8b dadurch mecha
nisch stabilisiert.
Das einstückig als Spritzgußgehäuse hergestellte Gehäuse 6 weist eine Stec
keraufnahme 7 auf, die über die Steckkontakte 8a, 8b hinausragt, und zur Auf
nahme eines Gegensteckers dient.
Die Steckerkontakte 8a, 8b sind außenseitig vergoldet, um eine bessere Kon
taktfähigkeit zum Gegenstecker herzustellen.
Jede Kunststoffhalbschale 1, 2 besitzt eine Abstützung 12, 13, die die Kunst
stoffhalbschalen 1, 2 bei der Umspritzung mit dem Spritzgußgehäuse 6 in ihrer
Lage fixieren.
Die untere Halbschale 1 weist eine weitere Abstützung 14 auf, die einen
Flansch 11 fixiert, welcher beim Spritzvorgang an dem Gehäuse 6 befestigt
wird.
Der Hallchip 4 ist so auf den Leiterbahnzügen 3a, 3b angeordnet, daß ein
Anschluß 5 auf der Leiterbahn 3a und der andere Anschluß 5 auf der anderen
Leiterbahn 3b angeschweißt oder verlötet ist. Die Anschlüsse 5 sind dabei um
90° zur aktiven Fläche des Hallchips gebogen (Fig. 1). Der Hallchip 4 wird, wie
in Fig. 3 dargestellt, von zwei Abwinklungen 15, 16 so gehalten, daß die akti
ve Fläche des Hallchips 4 nur leicht aus den Halbschalen 1, 2 herausragt. Die
aktive Fläche des Hallchips 4 wird nur vom Spritzgußgehäuse 6 bedeckt.
Die Abwinklungen 15, 16 werden dabei einfach bei der Herstellung der Leiter
bahnzüge 3a, 3b gebildet und so gebogen, daß der Hallchip 4 lagerichtig gehal
ten wird.
In Fig. 4 sind noch einmal die vergoldeten Steckerkontakte 8a, 8b des Blech
formteils 3 dargestellt, wie sie im geschlossenen Zustand der Kunststoffschalen
1, 2 aus diesen herausragen.
Im montierten Zustand sind die Kunststoffschalen 1, 2 dicht miteinander ver
bunden. Dies wird vorzugsweise dadurch gewährleistet, daß der Rand der
Kunststoffschale 1 eine nicht näher dargestellte umlaufende Erhebung auf
weist, welche in eine in der Kunststoffschale 2 am Rand umlaufende Nut ein
greift.
Die Steckerkontakte 8a, 8b und der Flansch 11 sind, wie in Fig. 5 dargestellt,
mit dem Kunststoffgehäuse 6 umspritzt, wobei um die Steckerkontakte 8a, 8b
das Steckergehäuse 7 hergestellt ist.
Ein solcher Raddrehzahlsensor läßt sich, wie im folgenden beschrieben, leicht
herstellen. Das Blechformteil 3, welches von der Struktur her mit den elektri
schen Bahnen einer Leiterplatte vergleichbar ist, wird als Bandware vorge
stanzt. Anschließend werden die elektrischen Bauteile R1, C1, D1, ZD1 und der
Hallchip 4 aufgelötet oder aufgeschweißt.
In einem Biegevorgang werden die Abwinklungen 15, 16 und die Steckerkon
takte 8a, 8b hergestellt. Die Steckerkontakte 8a, 8b werden dabei so herge
stellt, daß das Blechformteil 3 in diesem Bereich dreifach so breit ist wie das
eigentlichen Blechformteil. Die über die eigentlichen Leiterbahnen 3a, 3b hin
ausgehende Breite wird korrigiert, indem diese Teile um 180° gefaltet werden,
wodurch aus einem Blech von 3 mm Dicke die typische Stärke eines Stecker
kontaktes von ≈ 6 mm erreicht wird.
Nachdem auf der Unterschale 1 das so vormontierte Blechformteil 3 aufgesetzt
ist, wird im nächsten Schritt die zweite Kunststoffhalbschale 2 auf die das
Blechformteil 3 tragende Halbschale 1 aufgepreßt. Im montierten Zustand bil
den die beiden Halbschalen eine hohlzylindrische Anordnung.
Durch das Aufpressen der zweiten Kunststoffhalbschale 2 auf die erste Kunst
stoffhalbschale 1 werden die elektrischen Baugruppen R1, C1, D1, ZD1 im
Inneren vor einer weiteren Umspritzung geschützt. Die so vormontierte Bau
gruppe mit den steckerseitig vergoldeten Steckerkontakten 8a, 8b und der frei
liegenden Geberspitze mit der aktiven Fläche des Hallchips 4 wird mit dem
Befestigungsflansch 11 in ein Spritzgußgehäuse eingelegt und mit Kunststoff
umspritzt. Wie schon erläutert, werden die montierten Kunststoffschalen 1, 2
durch die Abstützung 12, 13 im Spritzgußwerkzeug fixiert und somit eine
gleichbleibende Wandstärke bei der Gehäuseumspritzung sichergestellt.
Der erläuterte aktive Raddrehzahlsensor ist besonders für die Messung in
Antiblockiersystemen geeignet, aber nicht auf diese Anwendung eingeschränkt.
Auch das verwendete Sensorelement kann auf einem anderen physikalischem
Prinzip beruhen, wie z. B. magnetische bzw. magnetoresistive Prinzipien.
Claims (11)
1. Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl eines umlaufenden Bauteiles,
insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Abtasteinrichtung zum berüh
rungslosen Abtasten des umlaufenden Bauteiles und einer Einrichtung zur
Signalaufbereitung der von der Abtasteinrichtung abgegebenen Signale in
ein drehzahlproportionales Ausgangssignal, wobei die Abtast- und die
Signalaufbereitungseinrichtung über eine Leiterbahnanordnung miteinander
verbunden sind, wobei die Leiterbahnanordnung ein einstückig hergestelltes
Blechformteil (3) ist, welches auf einem Isolierkörper (1, 2) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (1, 2) aus zwei Halbschalen
(1, 2) besteht, das Blechformteil (3) auf einer der Halbschalen des Isolierkör
pers (1, 2) flächig aufliegt, die zwei Halbschalen (1, 2) des Isolierkörpers (1,
2) sowohl das Blechformteil (3) als auch die Abtast- (4) und/oder die Signal
aufbereitungseinrichtung (R1, C1, D1, ZD1) annähernd vollständig um
schließen und die zwei Halbschalen (1, 2) des Isolierkörpers (1, 2) von ei
nem Spritzgußgehäuse (6) umgeben sind, wobei jede Halbschale (1, 2)
mindestens eine Abstützung (12, 13) zur Fixierung des Isolierkörpers (1, 2)
gegenüber dem Spritzgußgehäuse (6) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritz
gußgehäuse (6) einstückig ausgebildet ist und eine Steckeraufnahme (7)
aufweist, in die ein Gegenstecker einsteckbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der
Steckeraufnahme (7) das Blechformteil (3) als Steckeranschluß mit minde
stens zwei Steckerkontakten (8a, 8b) ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halbschalen (1, 2) des Isolierkörpers nach der Montage abdichtend
ineinandergreifen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Blech
formteil (3) mindestens eine Bohrung (10) aufweist, in welche ein Vorsprung
des Isolierkörpers (1, 2), zur Fixierung des Blechformteiles (3) auf dem Iso
lierkörper (1, 2) eingreift.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in
die erste Halbschale (1) das Blechformteil (3) flächig einsetzbar ist, während
die zweite Halbschale (2) sowohl die auf dem Blechformteil (3) angeordnete
Abtasteinrichtung (4) als auch die Signalaufbereitungseinrichtung (C1, R1,
D1, ZD1) annähernd formschlüssig umschließt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halb
schalen (1, 2) beweglich miteinander verbunden sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauf
bereitungseinrichtung durch passive elektrische Bauelemente (R1, C1, D1,
ZD1) gebildet wird, welche mit dem Blechformteil (3) verschweißt oder ver
lötet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab
tasteinrichtung (4) ein Hallchip ist, der an der dem umlaufenden Bauteil ge
genüberliegenden Seite des Blechformteils (3) so angeordnet ist, daß seine
aktive Fläche nur von dem Spritzgußgehäuse (6) bedeckt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech
formteil (3) federnde Abwinkelungen (15, 16) zur Aufnahme und Befestigung
des Hallchips (4) aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anschlüsse (5) des Hallchips (4) mit dem Blechformteil (3) verschweißt oder
verlötet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1997144673 DE19744673C2 (de) | 1997-10-10 | 1997-10-10 | Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl eines umlaufenden Bauteiles, insbesondere für ein Kraftfahrzeug |
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DE1997144673 DE19744673C2 (de) | 1997-10-10 | 1997-10-10 | Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl eines umlaufenden Bauteiles, insbesondere für ein Kraftfahrzeug |
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DE19744673A1 DE19744673A1 (de) | 1999-05-06 |
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ID=7845083
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DE (1) | DE19744673C2 (de) |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: SIEMENS AG, 80333 MUENCHEN, DE |
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Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE |
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