DE19744673C2 - Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl eines umlaufenden Bauteiles, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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.