WO2014146634A1 - Leiterplatte zum anbinden eines verformungssensors an eine signalverarbeitungsschaltung - Google Patents

Leiterplatte zum anbinden eines verformungssensors an eine signalverarbeitungsschaltung Download PDF

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WO2014146634A1
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cylindrical support
circuit board
deformation sensor
outer ring
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Jens Heim
Jakob Schillinger
Dietmar Huber
Stephan Risch
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a circuit board for connecting a deformation sensor, which is arranged on a radial outer side of a roller bearing outer ring to a signal processing circuit and a wheel bearing for a vehicle with the circuit board.
  • CONFIRMATION COPY electrical contacting with the deformation sensor and an electrical interconnect electrically connected to the electrical Kunststoffierpad, which is adapted to receive signals from the deformation sensor and forward it to the signal processing circuit.
  • the specified method is based on the consideration that the signals which are emitted by the deformation sensors in the abovementioned wheel bearing have only a very low power and thus a low signal-to-noise ratio. Thus, the dimensionable length of an electrical line over which these signals can be transmitted, limited. On the other hand, it is recognized in the context of the specified method, however, that it is often necessary to travel several meters between a sensor and a circuit, particularly in the vehicle sector, which continues to use the signals from the sensor for processing information. The aforementioned signals would be lost in the background noise.
  • the printed circuit board is adapted in its shape to the outer ring.
  • any electrical circuit elements can be brought close to the deformation sensor, so that its signal can be used effectively and with little interference.
  • the deformation sensor can be chosen arbitrarily.
  • known surface strain gauges or surface wave filters can be used as the surface sensor.
  • Surface wave filters are components of a piezoelectric material. This material is structured to have defined filter / runtime properties. Due to a mechanical deformation, these filter / transit time properties change, which can be detected with an evaluation circuit.
  • the cylindrical support plate is used in the specified circuit board as a wiring carrier. It can be made in any way, but should be constructed of an electrically insulating material. Particularly preferably, the cylindrical support plate is an injection-molded body which can be mass-produced particularly economically. As spraying technique, a 1K or 2K spraying technique known per se to the person skilled in the art could be chosen here.
  • any electrically insulating material can be used. If, for example, a plastic such as polyphenylene sulfide, called PPS, or a Lyquid crystal polymer, called LCP selected, the cylindrical support plate electrically isolates the printed conductors and other electrical components against each other, and further has an optimal mechanical stability, for example To absorb the vibrations acting on the outer ring and thus to protect the printed conductors and other electrical components from fatigue fractures and other mechanical damage.
  • the cylindrical carrier plate thus not only carries the electrical wiring but also serves as a vibration damper. After the above-mentioned injection process, the cylindrical support plate can be partially coated with an electrically conductive surface.
  • the surface of the carrier plate can be pretreated at the points to be coated in a conductive manner by means known per se, for example laser structuring, in order to support the following partial coating process.
  • contacting surfaces can be reworked on the coated surface of the cylindrical carrier plate in order to ensure reliable electrical contacting, for example with the above-mentioned signal processing elements or the evaluation electronics.
  • This aftertreatment may include smoothing and / or surface cleaning of the contact surfaces and / or electroplating processes.
  • the surface cleaning can be done by plasma treatments, laser processing, wet baths and / or per se known CO2-Jetting.
  • the cylindrical shape of the carrier plate can be configured as desired. The cylindrical shape may or may not close around the circumference of the rolling bearing outer race or rolling bearing inner race.
  • the two circumferentially considered ends of the carrier plate can also be held together with holding elements such as bridges or clamps.
  • the carrier plate in the circumferential direction would in principle not need to be closed in order to ensure mechanical stability.
  • the cylindrical shape should be interpreted in the context of the present invention such that the carrier plate surrounds the roller bearing outer ring in the circumferential direction or runs in the circumferential direction on the inside of the roller bearing inner ring.
  • the specified printed circuit board comprises at least a part of the signal processing circuit, which is supported on the carrier plate.
  • This part can be, for example, signal conditioning elements with which the signal from the deformation sensor can be prepared for further transmission over a longer distance.
  • the contact pad and the printed conductor are located on a radial outer side of the cylindrical printed circuit board Carrier plate arranged. In this way, regardless of whether it is first placed on the outer ring of the rolling bearing, the printed circuit board can be fitted with parts of the signal processing circuit, since the radial outer side of the cylindrical support plate remains accessible after placing it on the outer ring.
  • the specified printed circuit board comprises a radial passage opening through the cylindrical carrier plate for guiding an electrical line which electrically connects the deformation sensor with the contacting pad.
  • the radial passage opening makes it possible to first form or fix the deformation sensor on the outer ring of the rolling bearing, then push the cylindrical support plate onto the outer ring and finally electrically connect the deformation sensor with a tool, such as a bonding tool, to the electrical conductor on the cylindrical support plate to contact.
  • TAB taped automatic bonding
  • the specified circuit board comprises a sleeve in which the cylindrical support plate is concentrically receivable.
  • the sleeve is used in the particular development as a shield for the cylindrical support plate and formed on their electrical circuit against mechanical and / or electrical environmental influences, such as mechanical dirt and / or electromagnetic interference and can be such as mechanical resistance and / or electromagnetic Compatibility, called EMC, improve the cylindrical support plate.
  • the sleeve is particularly preferably made of a conductive material with a high mechanical strength, such as a metal.
  • the sleeve can be constructed arbitrarily, such as from a grid or a homogeneous metal wall and / or axially open or closed axially.
  • a filling material is accommodated radially between the carrier plate and the sleeve, in particular in the region of the electrical contacting points on the cylindrical carrier plate and the deformation sensor.
  • the filling material encloses the electrical components, such as the electrical connections between the deformation sensor and the electrical circuit on the cylindrical support plate, protects them from environmental influences and serves as mechanical damping against vibrations. In addition, it can support the sleeve on the support plate.
  • the filler material may be called a silicone gel, called SilGel, which can adapt to the shape of the radial gap between the cylindrical support plate and the sleeve, so that it can be introduced at any moment in the production of the specified circuit board in this radial gap
  • the specified printed circuit board comprises at least two support elements on the cylindrical support plate, which are directed radially inwardly on a radial inner side of the cylindrical support plate.
  • the support elements stabilize the mechanical support of the cylindrical support plate on the outer ring, but keep the cylindrical support plate radially spaced therefrom, and ensure that the deformation sensor is not touched by the cylindrical support plate and thus damaged.
  • the specified printed circuit board comprises a third support element on the cylindrical support plate, which is directed radially inwardly on a radial inner side of the cylindrical support plate and radially shorter than the other two support elements.
  • the deformation sensor can be arranged axially between this third support element and one of the two other support elements, wherein the above-mentioned radial passage opening can then be correspondingly formed at this point.
  • the radially shorter of the two support members may be mounted in front of the radially longer of the two support elements.
  • the radially shorter support member can be pushed in the radial direction over the deformation sensor, without damaging it.
  • the radially shorter support element radially supports the cylindrical support plate, for example when the deformation sensor is electrically connected to the electrical circuit on the cylindrical support plate or under other mechanical loads, and further reduces mechanical stresses on it.
  • a wheel bearing for a vehicle comprises an inner ring rotatably supported by rolling elements in an outer ring, a deformation sensor disposed on a radially outer side of the outer ring, and one of the indicated printed circuit boards for electrically connecting the deformation sensor to the signal processing circuit - tion.
  • the specified wheel bearing comprises a further deformation sensor on the radial outer side of the outer ring, which is axially spaced from the deformation sensor and disposed opposite to the deformation sensor on a radial step of the outer ring, wherein the cylindrical support plate is formed correspondingly stepped.
  • the outer ring comprises a radially outwardly projecting flange for attachment to a strut of a vehicle, on which the cylindrical support plate rests axially.
  • the deformation sensor is mounted non-rotatably to the vehicle, and so deformations of the outer ring can be determined fixed to the vehicle.
  • the wheel bearing itself can be an arbitrary wheel bearing from the second generation. Background to this can be found in the textbook Bernd H contributing, "Fahrtechnikhandbuch", 3rd edition, Vieweg + Teubner Verlag, 201 1, ISBN 978-3-8348-0821 -9.
  • Figure 1 is a schematic representation of a portion of a wheel bearing with a specified circuit board. and FIG. 2 shows a schematic plan view of a printed circuit board from FIG. 1.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a part of a wheel bearing 2 with a specified circuit board 4 in a sectional view in a circumferential view.
  • the wheel bearing 2 is designed as a rolling bearing and comprises not only an inner ring, not shown, an outer ring 6 and rolling elements 8, can be rotated over the inner ring relative to the outer ring 6.
  • the wheel bearing 2 is designed as a per se known wheel bearing of the second generation, which is described for example in WO 2007/125 646 A1. Details about one Wheel bearings of the second generation can be found in this publication.
  • the outer ring 6 has a radial step 14.
  • first deformation sensors in the form of first strain gauges 16 are placed circumferentially around the outer ring 6.
  • eleven first strain gauges 16 may be placed around the outer ring 6 on the first step 14, of which first strain gauges 16 only one is shown in FIG.
  • Axially in front of the first step 14 are circumferentially around the outer ring e second deformation sensors in the form of second strain gauges 18 set.
  • seven second strain gauges 18 may be placed around the outer ring e axially in front of the first step 14, of which second strain gauges 18 only one is shown in FIG.
  • strain gauges 16, 18 can be used to determine mechanical loads on the rolling bearing, as it is known for example from DE 101 64 929 B4. Details can be found in the cited document and are therefore not described in detail.
  • the Printed circuit board 4 which can receive and process the signals of the strain gauges 16, 18.
  • the printed circuit board 4 comprises a cylindrical carrier plate 20 on which contact pads 22 are formed. Radially through the cylindrical support plate 20 through openings 23 are guided. The contact pads 22 can be electrically contacted via bonding wires 24, which are guided through the through-openings 23, with the strain gauges 16, 18. Via conductor tracks 26 shown in FIG. 2, the contact pads 22 and thus the electrically contacted strain gauges 16, 18 can be electrically connected to electrical assemblies 28, which process and / or evaluate the signals from the strain gauges 16, 18.
  • the cylindrical support plate 20 is analogous to the outer ring 6 also formed with a step 14 and supported on the outer ring 6 via three first support members 30 which extend circumferentially around the outer ring 6.
  • one of the three first support members 30 extends from the step 14 of the cylindrical support plate 20 radially down to the step 14 of the outer ring 6.
  • the other two first support members 30 extends in front of the step 14 of the cylindrical support plate 20 from radially down to Outer ring 6.
  • the three first support members 30 are each arranged in front of the strain gauges 16, 18.
  • two second support elements 34 extend radially from the cylindrical support plate 20 radially in the direction of the outer ring 6.
  • the second support elements 34 are shorter than the first support elements 30 by a radial length 36 exemplified in FIG. 1 and seen in the Aufschiebecardi 32 behind the strain gauges 16, 18 are arranged.
  • the second support members 34 when pushing the circuit board 4 on the outer ring 6 can be moved radially over the strain gauges 16, 18 without touching them and possibly damaging them. In their target position, they can then join mechanical stresses that may occur, for example, during bonding to the radial length 36 are moved radially downward to additionally support the cylindrical support plate 20 and to avoid mechanical stresses.
  • the circuit board 4 further includes a sleeve 38 which is slipped radially over the support plate 20.
  • the sleeve 38 is formed of a metal and protects the support plate 20 and the electrical circuit formed thereon against mechanical and electrical loads.
  • the sleeve 38 is radially supported by third support members 40 relative to the cylindrical support plate 20.
  • a silicone gel 44 may be included, for example, can serve to stabilize the bonding wires 24.
  • the silicone gel 44 is shown in FIG. 1 only around the bonding wires 24, the silicone gel 44 could also fill the entire gap 42 and.
  • some support elements such as, for example, the second support element 34, which is arranged in the slip-on direction 32 in front of the second strain test strip 18, could also be omitted.
  • a radial support of the support plate 20 could then be achieved, for example, by filling the space radially between the support plate 20 and the outer ring 6 with silicone gel 44.
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of the carrier plate 20 of the printed circuit board 4 from FIG. 1.
  • strain gauges 16, 18 which are indicated by way of example on the basis of one of the first strain gauges 16 are shown in FIG. 2. Arranged substantially below the cylindrical support plate 20, wherein the through holes 23 are formed only at corresponding contact points 46, where the strain gauges 16, 18 with the bonding wire ten 24 are electrically contacted.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte (4) zum Anbinden eines Verformungssensors (16, 18), der an einer radialen Außenseite eines Wälzlageraußenrings (6) angeordnet ist an eine Signalverarbeitungsschaltung (28), umfassend - eine zylinderförmige Trägerplatte (20) mit einer Zylinderöffnung, in der der Wälzlageraußenring (6) konzentrisch zur zylinderförmigen Trägerplatte (20) aufnehmbar ist, - ein elektrisches Kontaktierpad (22) auf der zylinderförmigen Trägerplatte (20) zur elektrischen Kontaktierung mit dem Verformungssensor (16, 18) und - eine mit dem elektrischen Kontaktierpad (22) elektrisch verbundene elektrische Leiterbahn (26), die eingerichtet ist, Signale aus dem Verformungssensor (16, 18) aufzunehmen und an die Signalverarbeitungsschaltung (28) weiterzuleiten.

Description

Leiterplatte zum Anbinden eines Verformungssensors
an eine Signalverarbeitungsschaltung
Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte zum Anbinden eines Verformungssensors, der an einer radialen Außenseite eines Wälzlageraußenrings angeordnet ist an eine Signalverarbeitungsschaltung und ein Radlager für ein Fahrzeug mit der Leiterplatte.
Aus der DE 101 64 929 B4 ist es bekannt, an einer radialen Außenseite eines Außenrings eines Radlagers umfänglich Verformungssensoren anzuordnen, die auf den Außenring wirkende Verformungskräfte aufnehmen und in Form von elektrisch erfassbaren Signalen anzeigen. Basierend auf diesen Signalen kön- nen dann die Verformungskräfte auf den Außenring in allen Raumrichtungen erfasst werden, um sie beispielsweise zu Stabilisierung des Fahrzeuges zu nutzen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung das angegebene Radlager zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Leiterplatte zum Anbinden eines Verformungssensors, der an einer radialen Außenseite oder radialen Innenseite entsprechend eines Wälzlageraußenrings oder Wälzlagerinnenrings angeordnet ist, an eine Signalverarbeitungsschaltung
eine zylinderförmige Trägerplatte mit einer Zylinderöffnung, in der der Wälzlageraußenring konzentrisch zur zylinderförmigen Trägerplatte aufnehmbar ist oder an dessen von der Zylinderöffnung aus gesehenen radialen Außenseite der Wälzlagerinnenring konzentrisch zur Zylinderöffnung anordbar ist, ein elektrisches Kontaktierpad auf der zylinderförmigen Trägerplatte zur
BESTÄTIGUNGSKOPIE elektrischen Kontaktierung mit dem Verformungssensor und eine mit dem elektrischen Kontaktierpad elektrisch verbundene elektrische Leiterbahn, die eingerichtet ist, Signale aus dem Verformungssensor aufzunehmen und an die Signalverarbeitungsschaltung weiterzuleiten.
Dem angegebenen Verfahren liegt die Überlegung zugrunde, dass die Signale, die im eingangs genannten Radlager von den Verformungssensoren abgegeben werden, nur eine sehr geringe Leistung und damit einen geringen Signal- zu Rauschbandabstand besitzen. Damit ist die dimensionierbare Länge einer elektrischen Leitung, über die diese Signale übertragen werden können, begrenzt. Andererseits wird im Rahmen des angegebenen Verfahrens jedoch erkannt, dass gerade im Fahrzeugbereich oft mehrere Meter zwischen einem Sensor und einer Schaltung zurückgelegt werden müssen, die die Signale des Sensors zur Informationsverarbeitung weiter verwendet. Die zuvor genannten Signale würden hierbei im Hintergrundrauschen untergehen.
Zur Lösung dieses Problems, wird im Rahmen des angegebenen Verfahrens vorgeschlagen, eine Leiterplatte direkt auf den Außenring eines Wälzlagers aufzubringen. Die Leiterplatte ist in Ihrer Form an den Außenring angepasst. Durch die an die Form des Außenrings angepasste Leiterplatte können beliebige elektrische Schaltungselemente nah an den Verformungssensor herangeführt werden, so dass sein Signal effektiv und mit wenigen Störeinflüssen genutzt werden kann. Der Verformungssensor kann beliebig gewählt. So können als Oberflächensensor beispielsweise an sich bekannte Dehnungsmessstreifen oder Oberflächen- wellenfilter herangezogen werden. Oberflächenwellenfilter sind dabei Bauteile aus einem piezoelektrischen Material. Dieses Material ist so strukturiert, dass es definierte Filter-/ Laufzeit-Eigenschaften aufweist. Durch eine mechanische Verformung ändern sich diese Filter-/ Laufzeit-Eigenschaften, was mit einer Auswerteschaltung erfasst werden kann.
Die zylinderförmige Trägerplatte dient in der angegebenen Leiterplatte damit als Verdrahtungsträger. Sie kann in beliebiger Weise hergestellt sein, sollte jedoch aus einem elektrisch isolierenden Material aufgebaut sein. Besonders bevorzugt ist die zylinderförmige Trägerplatte ein Spritzgusskörper, der sich in Massenfertigung besonders wirtschaftlich herstellen lässt. Als Spritztechnik könnte hierbei eine dem Fachmann an sich bekannte 1 K oder 2K Spritztechnik gewählt werden.
Als Ausgangsmaterial für die zylinderförmige Trägerplatte kann jedes beliebige elektrisch isolierende Material verwendet werden. Wird beispielsweise ein Kunststoff wie Polyphenylensulfid, PPS genannt, oder ein Lyquid-Crystal- Polymer, LCP genannt, gewählt, isoliert die zylinderförmige Trägerplatte die zu tragenden Leiterbahnen und andere elektrische Bauelemente elektrisch gegeneinander, und weist ferner eine optimale mechanische Stabilität auf, um beispielsweise auf den Außenring wirkende Erschütterungen aufzunehmen und so die zu tragenden Leiterbahnen und andere elektrische Bauelemente vor Ermüdungsbrüchen und anderen mechanischen Beschädigungen zu schützen. Die zylinderförmige Trägerplatte trägt damit nicht nur die elektrische Verdrahtung sondern dient auch als Schwingungsdämpfer. Nach dem oben genannten Spritzvorgang kann die zylinderförmige Trägerplatte partiell mit einer elektrisch leitfähigen Oberfläche beschichtet werden. Dazu kann die Oberfläche der Trägerplatte an den leitfähig zu beschichtenden Stellen mit an sich bekannten Mitteln, wie zum Beispiel einer Laserstrukturierung vorbehandelt werden, um den folgenden partiellen Beschichtungsvorgang zu unterstützen. Abschließend können Kontaktierflächen auf der beschichteten Oberfläche der zylinderförmigen Trägerplatte nachbearbeitet werden, um eine zuverlässige elektrische Kontaktierung beispielsweise mit den oben genannten Signalaufbereitungselementen oder der Auswerteelektronik zu sichern. Dieser Nachbehandlung kann dabei eine Glättung und/oder Oberflächenreinigung der Kontaktierflächen und/oder Galvanisierprozesse umfassen. Dabei kann die Oberflächenreinigung durch Plasmabehandlungen, Laserbearbeitungen, Nassbäder und/oder an sich bekanntes CO2-Jetting erfolgen. Die Zylinderform der Trägerplatte kann dabei beliebig ausgestaltet sein. Die Zylinderform kann sich um den Umfang des Wälzlageraußenrings oder Wälzlagerinnenrings schließen, muss es aber nicht. Die beiden in Umfangsrichtung betrachteten Enden der Trägerplatte können auch mit Halteelementen wie Brü- cken oder Schellen zusammengehalten werden. An der Innenseite des Wälzlagerinnenrings bräuchte die Trägerplatte in Umfangsrichtung prinzipiell überhaupt nicht geschlossen zu werden um die mechanische Stabilität sicherzustellen. Die Zylinderform soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung derart ausgelegt werden, dass die Trägerplatte den Wälzlageraußenring in Umfangsrichtung umgreift oder in Umfangsrichtung an der Innenseite des Wälzlagerinnenrings verläuft. Ob die angegeben Leiterplatte letztendlich tatsächlich auf einen Wälzlagerinnenring oder einen Wälzlageraußenring, oder gegebenenfalls auf eine Welle oder eine Achse aufgesetzt wird, um die auf die Welle oder Achse aufgebrachten Kräfte zu messen, ist unerheblich. Wenn angegebene Leiterplatte auf einen Wälzlageraußenring aufsetzbar ist, ist sie auch auf eine Welle aufsetzbar.
In einer Weiterbildung umfasst die angegebene Leiterplatte wenigstens einen Teil der Signalverarbeitungsschaltung, die auf der Trägerplatte getragen ist. Bei diesem Teil kann es sich beispielsweise um Signalaufbereitungselemente handeln, mit denen das Signal aus dem Verformungssensor zur weiteren Übertra- gung über eine längere Strecke vorbereitet werden kann. Möglich wäre auch eine vollständige Auswerteelektronik, die ein interpretierbares Messsignal ausgibt und an eine höhere Leitebene, wie beispielsweise eine Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs sendet. Auf diese Weise kann der oben genannte Signal- zu Rauschbandabstand des Signals aus dem Verfor- mungssensor erhöht und die Qualität des Signals verbessert werden.
In einer anderen Weiterbildung der angegebenen Leiterplatte sind das Kontak- tierpad und die Leiterbahn auf einer radialen Außenseite der zylinderförmigen Trägerplatte angeordnet. Auf diese Weise kann die Leiterplatte unabhängig davon, ob sie zuerst auf den Außenring des Wälzlagers aufgesetzt wird, mit Teilen der Signalverarbeitungsschaltung bestückt werden, da die radiale Außenseite der zylinderförmigen Trägerplatte nach deren Aufsetzen auf den Au- ßenring zugänglich bleibt.
In einer zusätzlichen Weiterbildung umfasst die angegebene Leiterplatte eine radiale Durchgangsöffnung durch die zylinderförmige Trägerplatte zum Führen einer elektrischen Leitung, die den Verformungssensor mit dem Kontaktierpad elektrisch verbindet. Die radiale Durchgangsöffnung erlaubt es, zunächst den Verformungssensor auf dem Außenring des Wälzlagers auszubilden oder zu befestigen, die zylinderförmige Trägerplatte anschließend auf den Außenring aufzuschieben und abschließend den Verformungssensor mit einem Werkzeug, wie beispielsweise einem Bondwerkzeug, mit der elektrischen Leiterbahn auf der zylinderförmigen Trägerplatte elektrisch zu kontaktieren.
Zur elektrischen Kontaktierung können dabei in an sich bekannter Weise Wire- Bonds, flexible Leiterfolien oder die Taped Automatic Bonding, TAB genannt, Technik verwendet werden.
In einer besonderen Weiterbildung umfasst die angegebene Leiterplatte eine Hülse, in der die zylinderförmige Trägerplatte konzentrisch aufnehmbar ist. Die Hülse dient in der besonderen Weiterbildung als Schild für die zylinderförmige Trägerplatte und die auf ihr ausgebildete elektrische Schaltung gegen mecha- nische und/oder elektrische Umwelteinflüsse, wie mechanischen Schmutz und/oder elektromagnetische Störungen und kann so beispielsweise die mechanische Widerstandsfähigkeit und/oder die elektromagnetische Verträglichkeit, EMV genannt, der zylinderförmigen Trägerplatte verbessern. Dazu ist die Hülse besonders bevorzugt aus einem leitfähigen Material mit einer hohen me- chanischen Festigkeit, wie beispielsweise einem Metall hergestellt. Die Hülse kann dabei beliebig aufgebaut sein, wie beispielsweise aus einem Gitter oder einer homogenen Metallwand und/oder axial offen oder axial geschlossen. In einer bevorzugten Weiterbildung ist radial zwischen der Trägerplatte und der Hülse, insbesondere im Bereich der elektrischen Kontaktierstellen auf der zylinderförmigen Trägerplatte und dem Verformungssensor wenigstens teilweise ein Füllmaterial aufgenommen. Das Füllmaterial umhüllt die elektrischen Bau- elemente, wie beispielsweise die elektrischen Verbindungen zwischen dem Verformungssensor und der elektrischen Schaltung auf der zylinderförmigen Trägerplatte, schützt diese vor Umwelteinflüssen und dient als mechanische Dämpfung gegen Vibrationen. Zusätzlich kann es die Hülse auf der Trägerplatte abstützen. Das Füllmaterial kann dabei ein Silikongel, SilGel genannt, sein, das sich an die Form des radialen Zwischenraumes zwischen der zylinderförmigen Trägerplatte und der Hülse anpassen kann, so dass es zu jedem beliebigen Moment in der Herstellung der angegebenen Leiterplatte in diesen radialen Zwischenraum eingebracht werden kann. In einer anderen Weiterbildung umfasst die angegebene Leiterplatte wenigstens zwei Stützelemente an der zylinderförmigen Trägerplatte, die an einer radialen Innenseite der zylinderförmigen Trägerplatte radial nach innen gerichtet sind. Die Stützelemente stabilisieren den mechanischen Halt der zylinderförmigen Trägerplatte auf dem Außenring, halten die zylinderförmige Trägerplatte jedoch radial auf Abstand zu diesem, und sorgen dafür, dass der Verformungssensor nicht von der zylinderförmigen Trägerplatte berührt und damit beschädigt wird.
In einer besonderen Weiterbildung umfasst die angegebene Leiterplatte ein drittes Stützelement an der zylinderförmigen Trägerplatte, das an einer radialen Innenseite der zylinderförmigen Trägerplatte radial nach innen gerichtet und radial kürzer ausgebildet ist, als die beiden anderen Stützelemente. Axial zwischen diesem dritten Stützelement und einem der beiden anderen Stützelemente kann dabei der Verformungssensor anordbar sein, wobei die oben ge- nannte radiale Durchgangsöffnung dann entsprechend an dieser Stelle ausgebildet sein kann. In einer axialen Aufschiebrichtung der zylinderförmigen Trägerplatte auf den Außenring gesehen kann das radial kürzere der beiden Stützelemente vor dem radial längeren der beiden Stützelemente gelagert sein. Auf diese Weise kann das radial kürzere Stützelement in radialer Richtung über den Verformungssensor hinweg geschoben werden, ohne diesen zu beschädigen. Im auf den Außenring aufgeschobenen Zustand stützt das radial kürzere Stützelement dann beispielsweise beim elektrischen Anbinden des Verfor- mungssensors an die elektrische Schaltung auf der zylinderförmigen Trägerplatte oder bei anderen mechanischen Belastungen die zylinderförmige Trägerplatte radial ab und reduziert mechanische Belastungen auf diese weiter.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der angegebenen Leiterplatte umfasst die zylinderförmige Trägerplatte ein weiteres, viertes Stützelement, das radial zwischen der zylinderförmigen Trägerplatte und der Hülse ausgebildet ist, um die Hülse mechanische zu stabilisieren und Schwingungen dieser zu vermeiden. Gemäß einen weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Radlager für ein Fahrzeug einen Innenring, der über Wälzelemente verdrehbar in einem Außenring gelagert ist, einen Verformungssensor, der an einer radialen Außenseite des Außenrings angeordnet ist und eine der angegebenen Leiterplatten zum elektrischen Verbinden des Verformungssensors an die Signalverarbeitungsschal- tung.
In einer Weiterbildung umfasst das angegebene Radlager einen weiteren Verformungssensor an der radialen Außenseite des Außenrings, der vom Verformungssensor axial beabstandet und gegenüber dem Verformungssensor auf einer radialen Stufe des Außenrings angeordnet ist, wobei die zylinderförmige Trägerplatte entsprechend gestuft ausgebildet ist. Wenn die zylinderförmige Trägerplatte in der oben beschriebenen Weise auf den Außenring aufgeschoben wird, wird durch die gestufte Ausführung des Außenrings und der zylinderförmigen Trägerplatte vermieden, dass die Trägerplatte einen der Verfor- mungssensoren mechanisch berührt und beschädigt.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des angegebenen Radlagers umfasst der Außenring einen radial nach außen abragenden Flansch zur Be- festigung an einem Federbein eines Fahrzeuges, an dem die zylinderförmige Trägerplatte axial anliegt. Das heißt, dass der Verformungssensor drehfest zum Fahrzeug angebracht wird, und so Verformungen des Außenringes ortfest zum Fahrzeug bestimmt werden können.
Das Radlager selbst kann dabei ein beliebiges Radlager ab der zweiten Generation sein. Hintergründe hierzu können dem Fachbuch Bernd Heißing,„Fahrwerkhandbuch", 3. Auflage, Vieweg + Teubner Verlag, 201 1 , ISBN 978-3-8348- 0821 -9 entnommen werden.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher er- läutert werden, wobei:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teils eines Radlagers mit einer angegebenen Leiterplatte; und Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine Leiterplatte aus Fig. 1 zeigen.
In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben. Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung eines Teils eines Radlagers 2 mit einer angegebenen Leiterplatte 4 in einer Schnittansicht in Umfangsichtung zeigt.
Das Radlager 2 ist als Wälzlager ausgebildet und umfasst neben einem nicht weiter dargestellten Innenring einen Außenring 6 und Wälzelemente 8, über der Innenring gegenüber dem Außenring 6 verdreht werden kann. Das Radlager 2 ist als an sich bekanntes Radlager der zweiten Generation ausgebildet, das beispielsweise in der WO 2007 / 125 646 A1 beschrieben ist. Details zu einem Radlager zweiter Generation können dieser Druckschrift entnommen werden.
Vom Außenring 6 ragt radial ein Flansch 10 ab, durch den axial eine Befestigungsbohrung 12 geführt ist. Axial durch die Befestigungsbohrung 12 kann so eine nicht gezeigte Schraube geführt werden, über die der Außenring 6 des Radlagers 2 beispielsweise an einem nicht gezeigten Federbein eines nicht weiter dargestellten Fahrzeuges befestigt werden kann.
Der Außenring 6 weist eine radiale Stufe 14 auf. Auf der radialen Stufe 14 sind umfänglich um den Außenring 6 erste Verformungssensoren in Form von ersten Dehnungsmessstreifen 16 gelegt. In der vorliegenden Ausführung können beispielsweise elf erste Dehnungsmesstreifen 16 um den Außenring 6 auf der ersten Stufe 14 gelegt sein, wobei von diesen ersten Dehnungsmesstreifen 16 nur einer in Fig. 1 gezeigt ist. Axial vor der ersten Stufe 14 sind umfänglich um den Außenring e zweite Verformungssensoren in Form von zweiten Dehnungsmesstreifen 18 gelegt. In der vorliegenden Ausführung können beispielsweise sieben zweite Dehnungsmesstreifen 18 um den Außenring e axial vor der ersten Stufe 14 gelegt sein, wobei von diesen zweiten Dehnungsmesstreifen 18 nur einer in Fig. 1 gezeigt ist.
Die Dehnungsmesstreifen 16, 18 können zur Bestimmung mechanischer Belastungen auf das Wälzlager verwendet werden, wie es beispielsweise aus der DE 101 64 929 B4 bekannt ist. Details dazu können der genannten Druckschrift entnommen werden und werden daher nicht näher beschrieben.
Zur Bestimmung der zuvor genannten mechanischen Belastungen ist es jedoch notwendig, Signale aus den Dehnungsmesstreifen 16, 18 an eine übergeordnete Signalverarbeitungseinheit weiterzuleiten. Da Signale aus den Dehnungsmessstreifen 16, 18 in ihrer Amplitude nur sehr gering sind, ist es insbesondere in einem Fahrzeug notwendig, diese Signale vor Ort zumindest zwischenzuver- arbeiten, da sie sonst im Hintergrundrauschen untergehen würden.
Aus diesem Grund ist in der vorliegenden Ausführung auf den Außenring 6 die Leiterplatte 4 aufgesetzt, die die Signale der Dehnungsmesstreifen 16, 18 aufnehmen und verarbeiten kann.
Die Leiterplatte 4 umfasst eine zylinderförmige Trägerplatte 20, auf der Kon- taktpads 22 ausgebildet sind. Radial durch die zylinderförmige Trägerplatte 20 hindurch sind Durchgangsöffnungen 23 geführt. Die Kontaktpads 22 können über Bonddrähte 24, die durch die Durchgangsöffnungen 23 geführt sind, mit den Dehnungsmessstreifen 16, 18 elektrisch kontaktiert werden. Über in Fig. 2 gezeigte Leiterbahnen 26 können die Kontaktpads 22 und damit die elektrisch kontaktierten Dehnungsmesstreifen 16, 18 mit elektrischen Baugruppen 28 elektrisch verbunden werden, die die Signale aus den Dehnungsmessstreifen 16, 18 aufbereiten und/oder auswerten.
Die zylinderförmige Trägerplatte 20 ist analog zum Außenring 6 ebenfalls mit einer Stufe 14 ausgebildet und auf dem Außenring 6 über drei erste Stützelemente 30 abgestützt, die umfänglich um den Außenring 6 verlaufen. Dabei erstreckt sich eines der drei ersten Stützelemente 30 von der Stufe 14 der zylinderförmigen Trägerplatte 20 aus radial nach unten zur Stufe 14 des Außenrings 6. Die anderen beiden ersten Stützelemente 30 erstrecke sich vor der der Stufe 14 der zylinderförmigen Trägerplatte 20 aus radial nach unten zum Außenrings 6. In einer Aufschiebrichtung 32 der zylinderförmigen Trägerplatte 20 auf den Außenring 6 gesehen sind die drei ersten Stützelemente 30 dabei jeweils vor den Dehnungsmesstreifen 16, 18 angeordnet. Neben den ersten drei Stützelementen 30 erstrecken sich noch zwei zweite Stützelemente 34 radial von der zylinderförmigen Trägerplatte 20 radial in Richtung des Außenrings 6. Dabei sind die zweiten Stützelemente 34 um eine in Fig. 1 beispielhaft angedeutete radiale Länge 36 kürzer ausgebildet als die ersten Stützelemente 30 und in der Aufschieberichtung 32 gesehen hinter den Dehnungsmesstreifen 16, 18 angeordnet. Auf diese Weise können die zweiten Stützelemente 34 beim Aufschieben der Leiterplatte 4 auf den Außenring 6 radial über die Dehnungsmesstreifen 16, 18 bewegt werden, ohne diese zu berühren und ggf. zu beschädigen. In ihrer Zielposition können sie dann bei mechanischen Beanspruchungen, die beispielsweise beim Bonden auftreten können, um die radiale Länge 36 radial nach unten bewegt werden, um die zylinderförmige Trägerplatte 20 zusätzlich abzustützen und mechanische Spannungen zu vermeiden.
Die Leiterplatte 4 umfasst ferner eine Hülse 38, die radial über die Trägerplatte 20 gestülpt ist. Die Hülse 38 ist aus einem Metall ausgebildet und schützt die Trägerplatte 20 und die darauf ausgebildete elektrische Schaltung vor mechanischen sowie elektrischen Belastungen. In der vorliegenden Ausführung ist die Hülse 38 radial über dritte Stützelemente 40 gegenüber der zylinderförmigen Trägerplatte 20 abgestützt.
Im radialen Zwischenraum 42 zwischen der Hülse 38 und der zylinderförmigen Trägerplatte 20 kann ein Silikongel 44 aufgenommen sein, dass beispielsweise zur Stabilisierung der Bonddrähte 24 dienen kann. Auch wenn das Silikongel 44 in Fig. 1 nur um die Bonddrähte 24 herum dargestellt ist, könnte das Silikongel 44 auch den gesamten Zwischenraum 42 und ausfüllen.
In nicht weiter dargestellter Weise könnten auch einige Stützelemente, wie bei- spielsweise das zweite Stützelemente 34, das in Aufschiebrichtung 32 vor dem zweiten Dehnungsmesstreifen 18 angeordnet ist, weggelassen werden. Eine radiale Abstützung der Trägerplatte 20 könnte dann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Raum radial zwischen der Trägerplatte 20 und dem Außenring 6 mit Silikongel 44 gefüllt wird.
Es wird auf Fig. 2 Bezug genommen, die eine schematische Draufsicht auf die Trägerplatte 20 der Leiterplatte 4 aus Fig. 1 zeigt.
Anders als in Fig. 1 sind in Fig. 2 die Dehnungsmesstreifen 16, 18, die beispiel- haft anhand einem der ersten Dehnungsmesstreifen 16 angedeutet sind. Im Wesentlichen unterhalb der zylinderförmigen Trägerplatte 20 angeordnet, wobei die Durchgangsöffnungen 23 nur an entsprechenden Kontaktstellen 46 ausgebildet sind, an denen die Dehnungsmesstreifen 16, 18 mit den Bonddräh- ten 24 elektrisch kontaktiert werden.
In Fig. 2 sind an den Enden der elektrischen Leiterbahnen, die den mit den Bonddrähten 24 elektrisch verbundenen Kontaktpads 22 gegenüberliegen e- benfalls Kontaktpads 22 ausgebildet, an denen die elektrischen Leiterbahnen mit den oben genannten elektrischen Baugruppen 28 elektrisch kontaktiert werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Leiterplatte (4) zum Anbinden eines Verformungssensors (16, 18), der an einer radialen Außenseite oder radialen Innenseite entsprechend eines Wälzlageraußenrings (6) oder Wälzlagerinnenrings angeordnet ist an eine Signalverarbeitungsschaltung (28), umfassend
eine zylinderförmige Trägerplatte (20) mit einer Zylinderöffnung, in der der Wälzlageraußenring (6) konzentrisch zur zylinderförmigen Trägerplatte (20) aufnehmbar ist oder an dessen von der Zylinderöffnung aus gesehenen radialen Außenseite der Wälzlagerinnenring konzentrisch zur Zylinderöffnung a- nordbar ist,
ein elektrisches Kontaktierpad (22) auf der zylinderförmigen Trägerplatte (20) zur elektrischen Kontaktierung mit dem Verformungssensor (16, 18) und - eine mit dem elektrischen Kontaktierpad (22) elektrisch verbundene e- lektrische Leiterbahn (26), die eingerichtet ist, Signale aus dem Verformungssensor (16, 18) aufzunehmen und an die Signalverarbeitungsschaltung (28) weiterzuleiten.
2. Leiterplatte (4) nach Anspruch 1 , umfassend wenigstens einen Teil der Signalverarbeitungsschaltung (28), die auf der Trägerplatte (20) getragen ist.
3. Leiterplatte (4) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kontaktierpad (22) und die Leiterbahn (26) auf einer radialen Außenseite der zylinderförmigen Träger- platte (20) angeordnet sind.
4. Leiterplatte (4) nach Anspruch 3, umfassend eine radiale Durchgangsöffnung (23) durch die zylinderförmige Trägerplatte (20) zum Führen einer elektrischen Leitung (24), die den Verformungssensor (16, 18) mit dem Kontaktier- päd (22) elektrisch verbindet.
5. Leiterplatte (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine Hülse (38), in der die zylinderförmige Trägerplatte (20) konzentrisch aufnehmbar ist.
6. Leiterplatte (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend wenigstens zwei Stützelemente (30) an der zylinderförmigen Trägerplatte (20), die an einer radialen Innenseite der zylinderförmigen Trägerplatte (20) radial nach innen gerichtet sind.
7. Leiterplatte (4) nach Anspruch 6, umfassend ein drittes Stützelement (34) an der zylinderförmigen Trägerplatte (20), das an einer radialen Innenseite der zylinderförmigen Trägerplatte (20) radial nach innen gerichtet und radial kürzer ausgebildet ist, als die beiden anderen Stützelemente (30).
8. Radlager (2) für ein Fahrzeug mit einem Innenring, der über Wälzelemente (8) verdrehbar in einem Außenring (6) gelagert ist, einem Verformungssensor (16), der an einer radialen Außenseite des Außenrings (6) angeordnet ist und einer Leiterplatte (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche zum elektri- sehen Verbinden des Verformungssensors (16) mit der Signalverarbeitungsschaltung (28).
9. Radlager (2) nach Anspruch 8, umfassend einen weiteren Verformungssensor (18) an der radialen Außenseite des Außenrings (6), der vom Verformungs- sensor (16) axial beabstandet und gegenüber dem Verformungssensor auf einer radialen Stufe (14) des Außenrings (6) angeordnet ist, wobei die zylinderförmige Trägerplatte (20) entsprechend gestuft (14) ausgebildet ist.
10. Radlager (2) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Außenring (6) einen radial nach außen abragenden Flansch (10) zur Befestigung an einem Federbein eines Fahrzeuges aufweist, an dem die zylinderförmige Trägerplatte (20) axial anliegt.
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