WO1997027457A1

WO1997027457A1 - Sensor

Info

Publication number: WO1997027457A1
Application number: PCT/EP1997/000250
Authority: WO
Inventors: Manfred Fuchs
Original assignee: Itt Manufacturing Enterprises, Inc.
Priority date: 1996-01-23
Filing date: 1997-01-20
Publication date: 1997-07-31
Also published as: JP2000504415A; DE19602230A1; EP0876587A1

Abstract

Zur Erfassung der Drehbewegung eines Kraftfahrzeugrades werden sog. aktive Sensoren eingesetzt. Eine Art dieser Sensoren beruht auf dem magnetoresistiven Effekt. Dem magnetfeldempfindlichen Element (4) ist eine Auswerteelektronik (5) zugeordnet, die Strom- bzw. Spannungssignale erzeugt. Die Gummibereifung von Fahrzeugrädern kann sich elektrostatisch aufladen, wobei es bei einer Entladung zu einer Übertragung von Ladungen auf die elektronischen Bauteile kommen kann, wobei die freigesetzte Energie so groß ist, daß diese zerstört werden. Die Erfindung schlägt daher vor, eine Abschirmung (8) vorzusehen, die vorzugsweise zwischen dem gezahnten Polrad (2) und dem magnetfeldempfindlichen Element (4) angeordnet ist.

Description

Sensor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor insbesondere zur Erfassung der Drehbewegung eines gummibereiften Rades eines Fahrzeuges mit einem auf physikalische Veränderungen anspre¬ chenden Element, an dem eine sich periodisch ändernde Struktur vorbeibewegt wird, mit einer Auswerteelektronik, die die Re¬ aktionen des Elements auf physikalische Veränderungen in Strom- oder Spannungsgrößen umsetzt.

Ein derartiger Sensor ist z.B. in der EP 419040 AI beschrie¬ ben. Bei dem Element, daß auf physikalische Veränderungen rea¬ giert, handelt es sich um ein magnetoresistives Element, also einem Element, das seinen elektrischen Widerstand durch die Einwirkung eines äußeren Magnetfeldes verändert. Üblicherweise werden vier derartige Elemente in einer Wheatstone'sehen Brücke zusammengefaßt. Eine elektronische Auswerteeinheit greift die Spannungen an den Mittenabgriffen der Brücke ab und setzt sie in ein zeitlich veränderliches Strom- oder Spannungssignal um.

Üblicherweise werden die magnetoresistiven Elemente, die aus einer dünnen ferromagnetischen Schicht bestehen, auf die Stirnseite eines Magneten aufgesetzt, wobei sich die elektro¬ nische Auswerteeinheit auf einem Träger hinter dem Magneten befindet. An dem magnetoresistive Element wird ein gezahntes Polrad vorbeigeführt, daß z.B. mit der Achse eines Fahrzeugra¬ des verbunden ist. Durch die Eisenstruktur des Polrades werden Veränderungen im Magnetfeld verursacht, die von dem Sensor registriert werden können. Die angeschlossene Auswerteelektronik liefert ein sich zeit¬ lich veränderndes Stromsignal, daß die Winkelgeschwindigkeit des sich drehenden Polrades wiedergibt. Die Auswerteelektro¬ nik, der Magnet sowie die sind in einem Gehäuse untergebracht und bilden einen sog. aktiven Drehzahlsensor.

Derartige Sensoren haben sich insbesondere im Fahrzeugbau gut bewährt, ein besonderer Vorteil liegt darin, daß sie schon kleine Drehzahlen erfassen können.

Als nachteilig hat sich noch herausgestellt, daß Entladungen von elektrostatischen Aufladungen zu einer Zerstörung des Sen¬ sors insbesondere seiner Halbleiterbauelemente führen können. Dies gilt auch dann, wenn statt magneto-resistiver Elemente andere magnetfeldempfindliche Sensoren eingesetzt werden.

Aus der EP 340418 A2 ist ebenfalls ein derartiger Drehzahlsen¬ sor bekannt, der geeignet ist für den Einsatz in elektrisch angetriebenen Zügen. Insbesondere beim Anfahren des Zuges ent¬ stehen elektrische und magnetische Felder mit hoher Feldstär¬ ke, die in die Elektronik einstrahlen und möglicherweise zu Störungen führen können. In der Schrift wird daher vorgeschla¬ gen, den Sensor in ein metallisches Röhrchen einzubetten, wo¬ bei das magnetoresistive bzw magnetfeldempfindliche Element an einem offenen Ende des Röhrchens angeordnet ist.

Bei Straßenfahrzeugen mit elektrisch isolierten Radachsen kann nun beobachtet werden, daß sich die Gummireifen der Räder und damit die Achsen unter bestimmten Bedingungen stark elektro¬ statisch aufladen. Da die Radachsen mit dem Polrädern elek¬ trisch leitend verbunden sind und die unmittelbar an der Nabe des Rades angeordnete Sensorelektronik über ihre Anschlüsse Verbindung mit der Karosserie hat, könne hohe elektrische Spannungen zwischen Polrad und Sensor auftreten. Bei einem Funkenüberschlag würde die Entladungsenergie über den Luft- spalt zwischen dem Polrad und dem Sensor über die Auswerte¬ elektronik zu den Sensoranschlüssen fließen. Dies würde mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einer Beschädigung der Auswerte¬ elektronik führen.

Die Erfindung beruht daher auf der Aufgabe, einen Sensor zu konstruieren, der unempfindlich ist gegen elektrostatische Entladungen.

Dazu wird vorgeschlagen, daß zwischen dem auf physikalische Änderungen reagierenden Element und der periodischen Struktur eine Abschirmung vorgesehen ist, die mit dem Masseanschluß der Elektronik verbunden ist. Dadurch werden die elektostatischen Entladungen am Sensorelement und an der Auswerteelektronik vorbeigeleitet.

Bei der Abschirmung kann es sich um eine leitende Schicht oder eine metallische Folie handeln, die sich in etwa parallel zur Fläche des Elements, die der periodischen Struktur zugewandt ist, erstreckt.Möglicherweise reicht es aber auch aus, daß sich in dem Spalt zwischen Element und Struktur ein Draht er¬ streckt. Beide Alternativen arbeiten wie ein Blitzableiter. Die in der EP 480418 A2 vorgeschlagene Abschirmung nimmt die Entladeenergie nicht vor dem Sensorelement auf und gewährlei¬ stet daher keinen sicheren Schutz vor Beschädigung oder Zer¬ störung.

Wie schon erläutert, kann es sich bei dem empfindlichen Ele¬ ment um magnetoresistive Widerstände handeln, die aus einer dünnen ferromagnetischen Schicht bestehen. Die Abschirmung würde sich dann parallel zu dieser Schicht erstrecken. Die Anordnung eines Drahtes als Abschirmung hätte den Vorteil, daß das Magnetfeld, auf das der Sensor anspricht, möglichst wenig gestört wird. Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Fig. 1 eine schemati¬ sche Darstellung eines Sensors und eines Polrades dargestellt.

Der Sensor 1 ist in einem kleinem Abstand zum gezahnten Rand eines Polrades 2 angeordnet. In dem Gehäuse 3 des Sensors 1 ist ein magnetfeldempfindliches Element, an dem sich unmittel¬ bar die Auswerteelektronik 5 anschließt, eingebaut ist. Man erkennt, daß das magnetfeldsensitive Element 4, insbesondere ein magnetoresistives Element, dem gezahnten Rand des Polrades zugewandt ist.

Zur Auswerteelektronik 5 führen mindestens zwei Zuführleitun¬ gen 6 und 7, wobei die eine Leitung 7 mit dem Grundpotential der Bordelektronik verbunden ist. Zwischen dem Polrad 2 und dem magnetoresistives Element befindet sich eine Abschirmung 8, die über ein Kabel 9 mit der Masseleitung 7 verbunden ist. Die Abschirmung 8 kann als dünne Schicht oder als Draht ausge¬ bildet sein, wobei die Schicht parallel zur Fläche des sensi¬ tiven Elements 4, das dem Polrad 2 zugewandt ist, angeordnet ist.

Die Einheit aus Abschirmung 8, Element 4, Auswerteelektronik 5 ist aus Stabilitätsgründen in Kunststoff eingegossen. Das Polrad 2 ist mit einer Achse verbunden, auf der ein gummi¬ bereiftes Fahrzeugrad befestigt ist. Auf dem Rad können sich elektrische Potentiale ausbilden, die zu Überschlägen auf Tei¬ le der Karosserie aber auch auf den Sensor führen. Die Ab¬ schirmung verhindert, daß die bei Überschläegn abfließenden Ströme das magnetfeldempfindliche Element 4 oder die Aus- werteelktronik 5 beschädigen oder aber gar zerstören, da die Ströme über die Abschirmung 8 , die Leitungen 9,7 unmittelbar zum Massepotential des Bordnetzes geführt werden.

Claims

Patentansprüche

1. Sensor, insbesondere zur Erfassung der Drehbewegung eines gummibereiften Rades eines Fahrzeuges mit einem auf physi¬ kalische Veränderungen ansprechenden Element (4), an der eine sich periodisch ändernde Struktur vorbeibewegt wird mit einer Auswerteelektronik (5), die aufgrund der Reaktio¬ nen des Elementes ein Strom- oder Spannungssignal gene¬ riert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschirmung (8) zwischen dem Element (4) und der Struktur (2) vorgesehen ist, die mit dem Grundpotential der Stromversorgung für die Auswerteelektronik (5) elektrisch leitend verbunden ist.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

Abschirmung aus einer dünnen elektrisch leitenden Schicht besteht, deren Ausdehnung etwa der Ausdehnung des Elements (4) entspricht.

3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (8) als Draht ausgebildet ist.

4. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Element ein magnetoresistiver Wi¬ derstand ist und daß die veränderliche Struktur aus einem gezahnten Polrad (2) besteht.

5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetoresistive Element (4), die Auswerteelektronik (5) sowie die Abschirmung (8) in einem Kunststoffgehäuse (1) eingebettet sind.