EP4658982A1

EP4658982A1 - Aktiver sensor mit lkw-spezifischem gehäuse

Info

Publication number: EP4658982A1
Application number: EP23837650.3A
Authority: EP
Inventors: Christian Huber; Amadeus Mlynarski; Klaus Lechner; Thomas Feucht; Andreas Sesselmann; Patrick Bollig
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2023-01-30
Filing date: 2023-12-21
Publication date: 2025-12-10
Also published as: DE102023102100A1; JP2026504185A; KR20250139380A; CN120641723A; MX2025008619A; WO2024160451A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung (S) für ein Nutzfahrzeug, insbesondere Drehzahlsensor. Die Sensorvorrichtung (S) weist auf: einen Chip (1) mit einem Sensor, welcher in einem Gehäuse (3) vorgesehen ist, wobei der Chip (1) wasserdicht gegenüber der Umgebung angeordnet ist, und zwischen dem Chip (1) und dem zu sensierenden Objekt (O) kein Metall vorgesehen ist. Somit können störende Wirbelströme vermieden werden, und durch die Wasserdichtigkeit wird eine lange Lebensdauer des Sensors erreicht.

Description

BESCHREIBUNG

Aktiver Sensor mit LKW-spezifischem Gehäuse

Die vorliegende Anmeldung beschäftigt sich mit einem Sensor in einem LKWspezifischen Gehäuse, insbesondere einem aktiven Drehzahlsensor.

Bei Nutzfahrzeugen kommen Raddrehzahlsensoren insbesondere für Antiblockiersysteme (ABS), elektronische Bremssysteme (EBS), elektronische Stabilitätsprogramme (ESP) sowie autonomes Fahren zum Einsatz.

Beim Antiblockiersystem (ABS) wird beispielsweise die Drehzahl der einzelnen Fahrzeugräder erfasst. Insbesondere bei Nutzfahrzeugen gibt es passive, d.h. spulenbasierte Drehzahlsensoren, diese haben keine weiteren Funktionen. In einem LKW werden passive Drehzahlsensoren mittels einer Klemmhülse befestigt. Vor allem im Personenkraftfahrzeugbereich gibt es aber auch sogenannte aktive Drehzahlsensoren (basierend auf Hall-Technologie oder MR-Technologie). Diese Sensoren sind gerichtet zu einem Polrad oder Encoderrad eingebaut.

Aktive Drehzahlsensoren haben einige Vorteile, da in diesen mehrere Funktionen integriert sein können. Auch solche Sensoren müssen entsprechend verbaut werden bzw. an ihrem Einsatzort fixiert werden.

Im Stand der Technik ist beispielsweise das Dokument DE 102004 028 818 A1 bekannt. Hierin offenbart ist ein Drehzahlsensor mit einem in eine Fassung einsetzbaren Gehäuse, wobei der Sensor im Inneren des Gehäuses angeordnet ist. Kontaktelemente, welche mit dem Sensor verbunden sind, verbinden den Sensor mit einer Außenseite des Gehäuses. Das Gehäuse kann in die Fassung entsprechend eingeschoben werden.

In einem Nutzfahrzeug sind gegenüber einem Personenfahrzeug andere Leitungswege erforderlich, da ein Nutzfahrzeug in der Regel viel größer ist. Daher sind hinsichtlich EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) besondere Vorkehrungen zu treffen. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehzahlsensor bereitzustellen, welcher axial verschiebbar ist und höchste Robustheit gegenüber elektromagnetischer Verträglichkeit vorhanden ist. Diese Aufgabe wird von einer Sensorvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung umfasst: Einen Chip mit einem Sensor, welcher in einem Gehäuse vorgesehen ist, wobei der Chip wasserdicht gegenüber der Umgebung angeordnet ist, und zwischen dem Chip und dem zu sensierenden Objekt kein Metall vorgesehen ist.

Hierdurch ist äußerste mechanische Robustheit vorhanden, und ferner kann höchste Robustheit gegenüber elektromagnetischer Verträglichkeit garantiert werden, da nahe des Chips (bzw. im direkten Weg zwischen dem Sensor und dem zu sensierenden Objekt) kein störendes Metall vorhanden ist. Ferner können Beschädigungen des Chip vermieden werden.

Vorzugsweise ist der Chip ein Hall-Element, weiter vorzugsweise ein 2D/3D-Hall- Element, ein R-Sensor, ein GMR-Sensor oder ein TMR-Sensor, welcher vorzugsweise als Drehzahlsensor aufgeführt ist.

Solche Sensoren sind insbesondere bei Nutzfahrzeugen im Einsatz. Weiter vorzugsweise umfasst ein Chip mindestens zwei aktive Sensierbereiche. Es können auch drei aktive Sensierbereiche vorgesehen sein, wenn beispielsweise die Drehgeschwindigkeit und Drehrichtung detektiert werden sollen.

Das Gehäuse kann aus Metall ausgebildet sein. Es kann keramische Werkstoffe oder Compound-Werkstoffe umfassen.

Vorzugsweise weist das Gehäuse eine Zylinderform, eine Prismaform oder Quaderform auf, und der Chip ist nahe einer Stirnseite des Gehäuses angeordnet. In der Stirnseite ist eine Bohrung vorgesehen, deren Ausdehnung weiter vorzugsweise mindestens der Ausdehnung des Chips entspricht. Somit wird sichergestellt, dass zwischen dem Chip und dem zu sensierenden Objekt (beispielsweise ein Polrad oder Encoderrad) kein Metall vorhanden ist, welches hier die elektromagnetische Erfassung stören könnte.

Hiermit soll erreicht werden, dass sich kein Metall zwischen aktiven Sensierbereichen des Chips und dem zu sensierenden Objekt befindet.

Weiter vorzugsweise ist das Gehäuse rohrförmig ausgestaltet - hier entfallen die Stirnseiten, und auch hier ist zwischen dem Chip und dem zu sensierenden Objekt (beispielsweise ein Polrad oder Encoderrad) kein Metall vorhanden. Die Herstellungskosten eines Röhrchens (nur rohrförmiger Mantel) sind ferner deutlich günstiger als die einer Hülse. Auch kann so die elektromagnetische Verträglichkeit verbessert werden, da eine Reduzierung von Wirbelströmen im Bereich des Sensorchips erreicht werden kann.

Vorzugsweise ist an der Stirnseite des Gehäuses, nahe welcher der Chip angeordnet ist, ein Kragen vorgesehen, welcher sich in Richtung der Mittelachse des Gehäuses erstreckt, wobei vorzugsweise mindestens ein Loch im Kragen vorgesehen ist. Dieses Loch dient dazu, dass an der Innenseite des Gehäuses Wasser entsprechend aus dem Gehäuse, sollte sich dieses dort ansammeln, herauslaufen kann, und nicht zum Chip gelangt.

Weiter vorzugsweise ist der Chip auf einem Fixierabschnitt eines Chipträgers vorgesehen, und der Chipträger ist innerhalb des Gehäuses angeordnet. Der Chipträger umfasst weiter vorzugsweise einen ersten Halteabschnitt und einen zweiten Halteabschnitt, wobei der erste Halteabschnitt einer ersten Öffnung im Gehäuse gegenüberliegt, und der zweite Halteabschnitt einer zweiten Öffnung im Gehäuse gegenüberliegt. So können mit entsprechenden Stempeln (Haltevorrichtungen von außen für Umspritzungsvorgang) die Halteabschnitte festgehalten werden.

Weiter vorzugsweise ist das Gehäuse mit einer Polymermatrix gefüllt, welche den Chipträger umgibt. Hierdurch kann erreicht werden, dass, wenn die Stempel vorhanden sind, der Chipträger im Gehäuse gehalten werden kann, und dann die Umspritzung vorgenommen werden kann. Weiter vorzugsweise weist der Chipträger mehrere Rippen auf, welche dazu angepasst sind, eng an der Innenseite des Gehäuses anzuliegen. Solche Rippen können auch als Schmelzrippen ausgeführt sein, welche den Chipträger am Gehäuse fixieren und abdichten, so dass sich innerhalb des Gehäuses kein Wasser bewegen kann und insbesondere nicht in den Bereich eindringen kann, in welchem der Chip vorgesehen ist.

In einer weiteren Ausführungsform besteht das Gehäuse aus einem duroplastischen Material, welches den Chip, und vorzugsweise ferner den Chipträger, vollständig umgibt. In solch einer Ausführungsform sind keine Hülse oder kein Rohr mehr notwendig, welche die Sensorvorrichtung nach außen abgrenzen.

Vorzugsweise ist die Sensorvorrichtung gegenüber dem zu sensierenden Objekt axial verschiebbar. Dies hat unter anderem bei der Drehzahlerfassung von einzelnen Fahrzeugrädern einen Vorteil.

Vorzugsweise wird die Sensorvorrichtung in einem Nutzfahrzeug eingesetzt.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Sensorvorrichtung gemäß dem Stand der Technik, hierbei zeigt Fig. 1a) eine Schnittansicht und Fig. 1 b) eine isometrische Ansicht.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung Fig.

2 a) zeigt hierbei eine Schnittansicht. Fig. 2 b) und 2 c) zeigen Detailansichten einer Seite der Sensorvorrichtung, Fig. 2 d) zeigt eine isometrische Ansicht der Sensorvorrichtung, und Fig. 2 e) zeigt eine Ansicht von vorne auf die Sensorvorrichtung.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung in Schnittansicht. Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hierbei zeigt Fig. 4 a) eine Schnittansicht, und Fig. 4 b) eine isometrische Ansicht.

Fig. 5 zeigt eine Detailansicht während der Herstellung der Sensorvorrichtung (gemäß erster, zweiter oder dritter Ausführungsform), insbesondere während des Umspritzens des Chipträgers mit einer Matrix. Fig. 5 b) und 5 c) zeigen entsprechende Teilansichten des entsprechenden ersten Halteabschnitts und zweiten Halteabschnitts.

Fig. 6 zeigt eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 6 a) zeigt insbesondere den Chipträger. Fig. 6 b) zeigt eine entsprechende isometrische Ansicht.

Fig. 7 zeigt eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 7 a) zeigt eine isometrische Ansicht, Fig. 7 b) zeigt eine Ansicht von vorne.

In Fig. 1 a) ist eine Sensorvorrichtung S gemäß dem Stand der Technik in Schnittansicht gezeigt.

Ein Chip 1 ist auf einem Chipträger 2, genauer gesagt auf einem Chipfixierabschnitt 2c vorgesehen. Der Chipträger 2 weist weiterhin einen ersten Halteabschnitt 2a und einen zweiten Halteabschnitt 2b auf. Der Chipträger 2 inklusive des Chips 1 ist in einem Gehäuse 3 vorgesehen, welches hier als Hülse ausgeführt ist - d.h. eine Zylinderform vorhanden ist, mit entsprechendem Mantel und Deckel. Ferner ist an der Außenseite des Gehäuses 3 eine Dichtung 6 vorgesehen. An der von dem Chip 1 abgewandten Seite ist ein Kabel 5 vorgesehen, welches das Gehäuse 3 mit der Umgebung verbindet. Der Chipträger 2 ist innerhalb des Gehäuses 3 fixiert, dieser ist mit einer Polymermatrix 4 umspritzt. Gegenüber des ersten Halteabschnitts 2a ist eine erste Öffnung 3b im Gehäuse 3 vorgesehen, entsprechend ist gegenüber dem zweiten Halteabschnitt 2b eine zweite Öffnung 3c im Gehäuse vorgesehen.

Fig. 1 b) zeigt eine isometrische Ansicht einer Sensorvorrichtung S gemäß dem Stand der Technik. Hier wird ersichtlich, dass das Kabel 5 das Gehäuse 3 verlässt, ferner sind hier erste Öffnungen 3b im Gehäuse vorgesehen. Die ersten Öffnungen 3b sind hier nicht dargestellt.

Fig. 2 a) zeigt eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1 , hier allerdings gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hier ist ersichtlich, dass in der Stirnseite des Gehäuses 3 eine große Bohrung 3a vorgesehen ist, so dass zwischen dem Bereich, über weichen sich der Chip 1 erstreckt, und einem zu sensierenden Objekt 0 (hier nicht dargestellt) kein Metall vorhanden ist. Alle anderen Abschnitte sind hier genau gleich wie in Fig. 1 a).

Fig. 2 b) zeigt eine Detailansicht, hier wird auch die Bohrung 3a offenbart. Ferner ist hier ein entsprechender Kragen 3e vorgesehen, welcher sich leicht in Richtung der Mittelachse des Gehäuses 3 erstreckt. Hier hat dieser Kragen eine L-Form. In Fig. 2 c) ist ebenfalls ein Kragen 3e gezeigt, dieser hat hier allerdings eine LI-Form. In Fig. 2 d) ist eine symmetrische Ansicht gezeigt, hier sind wiederum das Gehäuse 3 sowie die ersten Öffnungen 3b gezeigt. An der Stirnseite ist hier die Bohrung 3a gut ersichtlich, und auf dem Kragen 3e sind einige Löcher 3d vorgesehen. Diese dienen dazu, dass, falls Flüssigkeit in den Innenbereich des Gehäuses 3 gelangen sollte, dieses dann leicht wieder ausfließen kann. Gleichzeitig ist aber sichergestellt, hier durch die Polymermatrix 4 (hier nicht gezeigt), dass der Chip absolut wasserdicht von der Umgebung abgedichtet ist. In Fig. 2 e) ist eine Ansicht von vorne gezeigt, hier wird auch die Öffnung 3a mit den entsprechenden Löchern 3d im Kragen 3e gezeigt.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ansicht ist ähnlich wie in Fig. 2 a), mit dem Unterschied, dass hier noch auf der Außenseite des Gehäuses 3 zwei Dichtungen 6 angeordnet sind - auf jeder Seite des Gehäuses 3 eine. Auch hier ist eine Hülsenform vorhanden, d.h. Zylindermantel und Deckel.

Fig. 4 a) zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hier ist gezeigt, dass das Gehäuse 3 als Rohr ausgebildet ist - es weist also keine Stirnfläche bzw. keine Deckel auf, sondern nur eine Mantelfläche. Hier wird wiederum ersichtlich, dass der erste Halteabschnitt 2a und der zweite Halteabschnitt 2b einer entsprechenden ersten Öffnung 3b und einer entsprechenden zweiten Öffnung 3c dem Gehäuse 3 gegenüberliegen.

Fig. 4 b) zeigt eine isometrische Ansicht der dritten Ausführungsform, hier wiederum das Gehäuse 3 mit entsprechenden zweiten Öffnungen 3c.

In Fig. 5 a) ist ein Zustand während des Herstellungsprozesses der Sensorvorrichtung gezeigt, hier ist insbesondere offenbart, dass durch die erste Öffnung 3b ein erster Stempel S1 eingesteckt werden kann, und durch die zweite Öffnung 3c ein zweiter Stempel S2. Diese halten entsprechend den Chipträger 2 (der erste Stempel S1 hält den ersten Halteabschnitt 2a, der zweite Stempel S2 hält den zweiten Halteabschnitt 2b), während die Umspritzung mit der Polymermatrix 4 stattfindet.

In Fig. 5 b) sind zwei Zustände während des Umspritzungsprozesses gezeigt, wie der zweite Halteabschnitt 2b entsprechend von mehreren Seiten von dem zweiten Stempel S2 gehalten wird. In der linken Ansicht ist gezeigt, dass die Stempel S1 einen sternförmigen Abschnitt des zweiten Halteabschnitts 2b fixieren, und dann der entsprechende Bereich von der Polymermatrix ausgespart wird. In der rechten Darstellung wird ein späterer Zustand gezeigt, hier haben sich die zweiten Stempel S2 etwas vom zweiten Halteabschnitt 2b weg bewegt, so dass die direkte Umgebung des zweiten Halteabschnitts 2b umspritzt ist. Somit wird sichergestellt, dass kein Loch innerhalb der Polymermatrix 4 vorhanden ist, sondern dass die Polymermatrix 4 das Chipelement 1 (hier nicht gezeigt) gegenüber der Umgebung vielmehr vollständig wasserdicht abdichtet.

In Fig. 5 c) ist gezeigt, wie der erste Halteabschnitt 2a entsprechend von ersten Stempeln S1 gehalten wird. Hier wird kein zweistufiges Umspritzen durchgeführt, wie in Fig. 5 b) gezeigt. Hier können in der Tat Löcher entstehen, diese sind allerdings, wie aus Fig. 5 a) ersichtlich, weit vom Sensorelement 1 entfernt.

Fig. 6 a) zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hier ist nur ein Chipträger 2 gezeigt, entsprechend wiederum mit erstem Halteabschnitt 2a und zweitem Halteabschnitt 2b.

Entlang des Chipträgers 2 sind mehrere Rippen 7 vorgesehen, diese können beispielsweise als Schmelzrippen (welche beispielsweise beim Erwärmen anschmelzen und so eine Dichtwirkung erzielen) ausgebildet sein. Diese können den Chipträger 2 gegenüber dem Gehäuse 3 (hier nicht gezeigt) entsprechend wasserdicht abdichten, so dass keinerlei Wasser in Richtung des Chips 1 gelangt (entsprechend am Chipfixierabschnitt 2c).

Fig. 6 b) zeigt eine entsprechende isometrische Ansicht des Chipträgers 2 gemäß der vierten Ausführungsform.

Fig. 7 a) zeigt eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in isometrischer Ansicht. Hier ist wiederum ein Gehäuse 3 vorgesehen, ein Kabel 5 verlässt dieses entsprechend. Hier sind allerdings der Chip 1 und der Chipträger 2 (hier nicht gezeigt) komplett von einem duroplastischen Gehäuse 3 umgeben, d.h. der Chip 1 und der Chipträger 2 (hier nicht dargestellt) sind entsprechend mit einem Duroplast umspritzt. Im Gehäuse 3 sind zwei Aussparungen 9 vorhanden, in diese können entsprechende Eingriffsabschnitte 8 einer Klemmhülse eingreifen, welche das Gehäuse entsprechend robuster machen. In Fig. 7 b) ist eine Ansicht von vorne gezeigt, hier ist wiederum die Position der beiden Eingriffsabschnitte 8a der Klemmhülse 8 in entsprechender Aussparung 9 genauer gezeigt.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt.

Eine Umspritzung kann auch mit anderen Materialien stattfinden, beispielsweise Gummi, Kautschuk oder andere wasserabdichtende Materialien.

BEZUGSZEICHENLISTE

S Sensorvorrichtung

1 Chip

2 Chipträger

2a erster Halteabschnitt

2b zweiter Halteabschnitt

2c Chipfixierabschnitt

3 Gehäuse

3a Bohrung

3b erste Öffnung

3c zweite Öffnung

3d Loch

3e Kragen

4 Polymermatrix

5 Kabel

6 Dichtung

7 Rippe

8 Klemmhülse

8a Eingriffsabschnitt

9 Aussparung

51 erster Stempel

52 zweiter Stempel

0 Objekt

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 . Sensorvorrichtung (S), aufweisend: einen Chip (1 ) mit einem Sensor, welcher in einem Gehäuse (3) vorgesehen ist, wobei der Chip (1 ) wasserdicht gegenüber der Umgebung angeordnet ist, und zwischen dem Chip (1 ) und dem zu sensierenden Objekt (0) kein Metall vorgesehen ist.

2. Sensorvorrichtung (S) gemäß Anspruch 1 , wobei der Chip (1 ) ein Hall-Element, vorzugsweise ein 2D- oder 3D-Hall-Element, ein MR-Sensor, ein GMR-Sensor oder ein TMR-Sensor ist, welcher vorzugsweise als Drehzahlsensor ausgeführt ist, wobei ein Chip (1 ) weiter vorzugsweise mindestens zwei aktive Sensierbereiche umfasst.

3. Sensorvorrichtung (S) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Gehäuse (3) eine Zylinderform, Prismaform oder Quaderform aufweist, und der Chip (1 ) nahe einer Stirnseite des Gehäuses (3) angeordnet ist, in welcher eine Bohrung (3a) vorgesehen ist, deren Ausdehnung vorzugsweise mindestens der Ausdehnung des Chips (1 ) entspricht.

4. Sensorvorrichtung (S) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Gehäuse (3) rohrförmig ist.

5. Sensorvorrichtung (S) gemäß Anspruch 4, wobei an der Stirnseite des Gehäuses (3), nahe welcher der Chip (1 ) angeordnet ist, ein Kragen (3e) vorgesehen ist, welcher sich in Richtung der Mittelachse des Gehäuses (3) erstreckt, wobei vorzugsweise mindestens ein Loch (3d) im Kragen (3e) vorgesehen ist.

6. Sensorvorrichtung (S) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Chip (1 ) auf einem Chipfixierabschnitt (2c) eines Chipträgers (2) vorgesehen ist, und der Chipträger (2) innerhalb des Gehäuses (3) angeordnet ist.

7. Sensorvorrichtung (S) gemäß Anspruch 6, wobei der Chipträger (2) ferner einen ersten Halteabschnitt (2a) und einen zweiten Halteabschnitt (2b) aufweist, wobei der erste Halteabschnitt (2a) einer ersten Öffnung (3b) im Gehäuse (3) gegenüberliegt, und der zweite Halteabschnitt (2b) einer zweiten Öffnung (3c) im Gehäuse (3) gegenüberliegt.

8. Sensorvorrichtung (S) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei das Gehäuse (3) mit einer Polymermatrix (4) gefüllt ist, welche den Chipträger (2) umgibt.

9. Sensorvorrichtung (S) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei der Chipträger (2) ferner mehrere Rippen (7) aufweist, welche dazu angepasst sind, eng an der Innenseite des Gehäuses (3) anzuliegen.

10. Sensorvorrichtung (S) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Gehäuse (3) aus einem duroplastischen Material besteht, welches den Chip (1 ), vorzugsweise ferner den Chipträger (2), vollständig umgibt.

11 . Sensorvorrichtung (S) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensorvorrichtung (S) gegenüber dem zu sensierenden Objekt axial verschiebbar ist.

12. Verwendung der Sensorvorrichtung (S) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Nutzfahrzeug.