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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Sensorvorrichtung nach der Gattung
des unabhängigen Anspruchs. Aus der
WO 03/031990 A1 ist bereits
eine Vorrichtung zur kombinierten Erfassung der Achsbeschleunigung
und der Raddrehzahl bekannt. Hierbei ist eine Signalvorverarbeitungseinrichtung
mit elektronischen Bauelementen für die Sensorsignalvorverarbeitung
vorgesehen, welches mit einem Magnetsensorelement und einem Beschleunigungssensorelement
oder einem kombinierten Magnet-/Beschleunigungssensorelement mittels
elektrisch leitender Elementverbindungen verbunden ist. Das Magnetsensorelement
bzw. das Magnet-/Beschleunigungssensorelement steht mit einem radseitigen
magnetischen Encoder in Wirkverbindung.
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Insbesondere
die Einbauräume von Raddrehzahlsensoren sind je nach Fahrzeughersteller sehr
verschieden und haben zu einer großen Variantenvielfalt
der Raddrehzahlsensoren geführt. Die zahlreichen vorhandenen
Variablen beim Raddrehzahlsensor würden bei einer direkten
Integration von Beschleunigungssensoren im Raddrehzahlsensorgehäuse
oder auch bei einer IC-Integration um weitere Variablen erhöht
(beispielsweise die Ausrichtung der sensitiven Achsen des Beschleunigungssensors).
Eine solche Vollintegration würde darüber hinaus
nach derzeitigem Stand der Technik die heutigen Raddrehzahlsensor-Konstruktionen
deutlich vergrößern. Dadurch können viele
zum Teil sehr enge Einbauräume nicht bedient werden. Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass sie einerseits große
Freiräume, insbesondere hinsichtlich der räumlichen
Anordnung zweier Sensoren, einräumt, jedoch Synergien einer
gemeinsamen Nutzung bestimmter Komponenten in sinnvoller Art und
Weise zulässt. Diese Aufgabe wird gelöst durch
die Merkmale des unabhängigen Anspruchs.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Sensorvorrichtung weist demgegenüber
den Vorteil auf, dass bestehende Sensoren ohne Änderungen
für bestimmte Anwendungen weiterhin genutzt werden können.
Dadurch ergeben sich Kostensenkungen beim Sensorhersteller und auch
ein reduzierter Entwicklungsaufwand beim Fahrzeughersteller durch
eine weitgehende Nutzung existierender Einbauräume für
beispielsweise Raddrehzahlsensoren. Insbesondere durch getrennte
Gehäuse von erstem und zweitem Sensor können die
Sensoren auch für komplizierte Einbauraumverhältnisse
genutzt werden. Die räumliche Trennung erlaubt auch beispielsweise
den Einsatz einer Beschleunigungssensorik im temperaturgeschützten
Bereich (in Abstand zur Bremsscheibe). Durch die räumliche
Trennung der beiden Sensoren wird auch eine Vereinfachung bzw. Flexibilisierung bei
der Ausrichtung der sensitiven Achsen der Beschleunigungssensorik
erreicht. Durch die Verwendung eines gemeinsamen Kabels für
die beiden Sensoren werden zusätzliche Sensorleitungen
vermieden. Auf der anderen Seite stellt die galvanische Trennung
der beiden Signalleitungen der beiden Sensoren eine hohe Unempfindlichkeit
gegenüber Störungen sicher.
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In
einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen,
dass die erste Signalleitung über das zweite Sensorgehäuse
dem gemeinsamen Kabel zugeführt wird. In dem zweiten Sensorgehäuse
ist ohnehin beispielsweise eine Platine vorgesehen, über welche
die Kontaktierung der zweiten Signalleitung zum gemeinsamen Kabel,
beispielsweise mittels Stromschienen, erfolgen kann. Weiterhin schützt
das zweite Sensorgehäuse die so gebildete Schnittstelle zwischen
erster Signalleitung und gemeinsamen Kabel.
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In
einer zweckmäßigen Weiterbildung ist ein Trägerelement
vorgesehen, über welches Kabel und Gehäuse miteinander
verbunden werden. Vorzugsweise wird das Trägerelement auf
das Kabel aufgespritzt. Das Trägerelement ist hierbei so
geformt, dass es das zugehörige Gehäuse verschließt.
Somit wird einerseits das Kabel mit dem Sensorgehäuse mechanisch
verbunden. Weiterhin erhöht diese Lösung eine
feuchtigkeitsdichte Kapselung des Sensorgehäuses.
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In
einer zweckmäßigen Weiterbildung werden als Sensoren
Drehzahlsensor und Beschleunigungssensor verwendet. In einer immer
größeren Zahl von Anwendungen wird eine kombinierte
Erfassung dieser beiden Größen notwendig. Als
mögliche Einsatzfelder bieten sich beispielsweise die indirekte Reifendruckerkennung,
aktive oder semiaktive Dämpfung, Radlagerverschleißerkennung,
Fahrbelagszustandserkennung oder ähnliches an.
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Weitere
zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren
abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
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Zeichnung
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Mehrere
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Sensorvorrichtung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend
näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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Die 1 eine
perspektivische Ansicht einer ersten Sensorvorrichtung,
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die 2 eine
perspektivische Ansicht einer zweiten Sensorvorrichtung,
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die 3 eine
vergrößerte Darstellung der Komponenten des zweiten
Sensors sowie
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die 4 eine
perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels
einer Sensorvorrichtung.
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Ein
erster Sensor 10 ist umgeben von einem ersten Sensorgehäuse 11 und über
ein Kabel 20 mit einem zweiten Sensor 12, der
in einem zweiten Sensorgehäuse 13 angeordnet ist,
verbunden. An dem ersten Sensorgehäuse 11 ist
ein Befestigungselement 22, beispielsweise in Form einer
Buchse, vorgesehen. Auch das zweite Sensorgehäuse 13 umfasst
ein Befestigungsmittel 14, beispielhaft als Buchse ausgeführt.
Der zweite Sensor 12 ist über ein gemeinsames
Kabel 16 mit einem Stecker 18 verbunden. Die beiden
Kabel 16, 20 werden jeweils über ein Trägerelement 24 in
das Innere des zweiten Sensorgehäuses 13 geführt.
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Das
Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet
sich von demjenigen nach 1 insbesondere darin, dass das
gemeinsame Kabel 16 auf der dem Kabel 20 gegenüberliegenden
Seite aus dem zweiten Sensorgehäuse 13 tritt.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist
das zweite Sensorgehäuse 13 des zweiten Sensors 12 zweiteilig
ausgeführt. Es besteht zumindest aus einer Gehäuseunterseite 30 und
einem darauf aufzusetzenden Deckel 33. Um das Innenleben
in dem Gehäuseinneren zu zeigen, wurde der Deckel 33 transparent
ausgeführt. So lässt sich eine integrierte Schaltung 28 erkennen,
die auf einer Leiterplatte 26 montiert ist. Die integrierte
Schaltung 28 realisiert den zweiten Sensor 12.
Diese integrierte Schaltung 28 wird mit einer Energieversorgungsleitung 45 mit
Energie versorgt. Eine Signalleitung 44 führt
das Ausgangssignal des zweiten Sensors 13 über
das gemeinsame Kabel 16 zu dem Stecker 18. Auf
der anderen Seite des zweiten Sensorgehäuses 13 werden
eine Signalleitung 41 und eine Energieversorgungsleitung 42,
kommend vom ersten Sensor 10, dem zweiten Sensorgehäuse 13 zugeführt.
Sensorgehäuse 13 und Kabel 20 sind vorzugsweise über das
Trägerelement 24, welches das Ende des Kabels 20 zylinderförmig
umschließt, mechanisch miteinander verbunden. Sensorgehäuse 13 und
Trägerelement 24 können als nur ein Teil
ausgebildet sein. Signalleitung 41 und Energieversorgungsleitung 42 werden
jeweils über Crimpverbindungen 38 mit separaten
Stromschienen 34 elektrisch leitend verbunden. Die Crimpverbindungen 38 sind
Bestandteil der Stromschiene 34. Über diese Stromschienen 34 werden
die Leitungen 41, 42 unter Nutzung von Leiterbahnen
auf der Leiterplatte 26 durch das Gehäuse 13 hindurchgeschleift
und in derselben Weise über nicht näher gezeigte
Crimpverbindungen 38 mit Signalleitung 41 und
Energieversorgungsleitung 42 als Bestandteile des gemeinsamen
Kabels 16 kontaktiert. Die mechanische Verbindung zwischen
gemeinsamem Kabel 16 und Gehäuse 13 erfolgt
wiederum über einen das Ende des gemeinsamen Kabels 16 zylinderförmig
umschließenden Träger 24, vorzugsweise
einteilig ausgeführt mit dem Gehäuse 13.
An der Gehäuseunterseite ist das Befestigungsmittel 14, vorzugsweise
in Buchsenform, angeordnet.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind
wiederum erster Sensor 10 und zweiter Sensor 12 räumlich
voneinander getrennt angeordnet. Deren separate Kabel 20, 21 laufen
in einem Verbindungselement 40 zusammen. Von diesem Verbindungselement 40 aus
verläuft das gemeinsame Kabel 16 hin zum Stecker 18.
Exemplarisch angedeutet sind weitere Sensoren 10', 10'',
die alternativ anstelle des ersten Sensors 10 eingebaut
werden können.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist
das Kabel 20 als zweiadriges Kabel ausgeführt, bestehend
aus der Signalleitung 41 und der Energieversorgungsleitung 42. Über
die Energieversorgungsleitung 42 wird beispielsweise das
positive Versorgungspotenzial für den ersten Sensor 10 bereitgestellt,
der auch eine integrierte Schaltung umfasst, welche mit Energie
versorgt werden muss. Die Signalleitung 41 dient in bekannter
Weise auch als Masseleitung. Das Sensorsignal wird auf diese Leitung 41 aufmoduliert,
was ebenfalls von der integrierten Schaltung des ersten Sensors 10 übernommen
wird. Es handelt sich hierbei um beispielsweise ein strommoduliertes
Signal. Durch die Nutzung der Masseleitung als Signalleitung 41 lässt
sich eine dritte Leitung einsparen, sodass Energieversorgung und
Signalübertragung mit nur zwei Leitungen durchgeführt
werden können. Signalleitung 41 und Energieversorgungsleitung 42 werden
somit über das Kabel 20 zu dem zweiten Sensor 12 mit
zweitem Sensorgehäuse 13 geführt. Dort
werden die Leitungen durchgeschleift und in dem gemeinsamen Kabel 16 dem
Sensorstecker 18 zugeführt. Auch der zweite Sensor 12 wird über
zwei Leitungen angeschlossen, nämlich über die
Signalleitung 44 und die Energieversorgungsleitung 45.
Ebenso wie beim ersten Sensor 10 wird als Signalleitung 44 die
Masseleitung verwendet, indem das zu übertragende Sensorsignal
des zweiten Sensors 12 aufmoduliert wird. Signalleitung 41 des
ersten Sensors 10 und Signalleitung 44 des zweiten
Sensors 12 sind galvanisch voneinander getrennt, werden
also als separate Leitungen geführt. In dem gemeinsamen
Kabel 16 befinden sich nun vier Leitungen, nämlich
die Signalleitung 41 des ersten Sensors 10, die
Energieversorgungsleitung 42 des ersten Sensors 10,
die Signalleitung 44 des zweiten Sensors 12 sowie
die Energieversorgungsleitung 45 des zweiten Sensors 12.
Bei gleichem Versorgungspotenzial der beiden Sensoren 10, 12 könnte
die weitere Energieversorgungsleitung 45 eingespart werden,
wenn die beiden Sensoren 10, 12 über
dieselbe Energieversorgungsleitung 42 mit dem positiven
Versorgungspotenzial versorgt werden würden.
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Die
oben beschriebene Leitungsanordnung ist auch für das Ausführungsbeispiel
gemäß 2 zutreffend. Dieses unterscheidet
sich lediglich in einem unterschiedlichen Kabelabgang, Kabel 20 des ersten
Sensors 10 und das gemeinsame Kabel 16 sind um
180 Grad versetzt zueinander angeordnet, dazwischen liegt lediglich
noch das zweite Sensorgehäuse 13. Bei dem Stecker 18 handelt
es sich um einen vierpoligen Stecker. Bei der Energieversorgung über
lediglich eine Energieversorgungsleitung 42 wäre
ein dreipoliger Stecker ausreichend. Der erste Sensor 10 wird
von einer Ummantelung gegen Umwelteinflüsse geschützt,
die als Sensorgehäuse 11 anzusehen ist. Diese
Ummantelung schützt zum einen die integrierte Schaltung
des Sensors 10, zum anderen dichtet sie den Sensor 10 zum
Kabel 20 hin ab. In dem ersten Sensorgehäuse 11 ist
weiterhin das Befestigungselement 22 integriert, welches
beispielsweise als Metallbuchse ausgeführt ist und beispielsweise
mit einer Schraube an geeigneter Stelle montiert werden kann. Das
Gehäuse 11 und/oder das Befestigungselement 22 können
jedoch deutlich unterschiedlichere Formen annehmen, welche noch stärker
auf den jeweiligen Einsatzort hin abgestimmt sind. So könnte
der Sensor 10 auch als Kappe oder ringförmig ausgeführt
werden, um beispielsweise auf ein Radlager aufgepresst zu werden.
Anstelle des Befestigungselements 22 könnte auch
eine Clip- bzw. Rastkontur vorgesehen sein, über die der
Sensor 10 mechanisch befestigt wird. Weiterhin können die
Sensorgehäuse 11, 13 auch konstruktive
Elemente zur definierten Ausrichtung des jeweiligen Sensors 10, 12 enthalten.
Auf den Kabeln 16, 20 sind üblicherweise
Befestigungselemente wie Tüllen, Clips etc. vorgesehen
wie unter Umständen Protektoren zur Befestigung und Führung
der Leitungen 16, 20 beispielsweise an der Fahrzeugkarosserie
und anderen konstruktiven Fahrzeugteilen.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 erfolgt
nun die elektrisch leitende Kontaktierung der elektrischen Leitungen
des Kabels 20 des ersten Sensors 10 mit dem gemeinsamen
Kabel 16 mittels Stromschienen 34 und Leiterplatte 36.
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So
sind die Leitungsenden der Signalleitung 41 und der Energieversorgungsleitung 42 über
jeweils eine Crimpverbindung 38 mit jeweils einer Stromschiene 34 elektrisch
leitend kontaktiert, die wiederum mit der Leiterplatte elektrisch
leitend kontaktiert sind. Die Crimpverbindung 38 ist Bestandteil der
Stromschiene 34. Auf der gegenüberliegenden Seite
sind vier Stromschienen 34 vorgesehen, die die elektrische
und mechanische Verbindung der Leiterplatte 26 mit den
vier Leitungen des gemeinsamen Kabels 16 – wiederum über
Crimpverbindungen 38 – herstellen. Auf der Leiterplatte 26 ist
die integrierte Schaltung 28 des zweiten Sensors 12 angeordnet. Diese
integrierte Schaltung 28 wird über die Energieversorgungsleitung 45 mit
einem positiven Versorgungspotenzial versorgt. Weiterhin ist die
integrierte Schaltung 28 noch über die Signalleitung 44,
welche zugleich als Masseleitung fungiert, mit dem Stecker 18 verbunden.
Die entsprechenden Leiterbahnen zwischen integrierter Schaltung 28 und
Stromschienen 34 sind auf der Leiterplatte 26 angeordnet.
Auf dieser Leiterplatte 26 können auch externe
Beschaltungen, die sich kundenspezifisch ergeben können, angeordnet
werden, wie beispielsweise bestimmte Kondensatoren zur Entstörung
oder ähnliches. Die Leiterplatte 26 kann als sogenanntes
Printed Circuit Board (PCB) ausgeführt sein. Die Leiterplatte 26 wird mit
der Gehäuseunterseite 30 des Sensorgehäuses 13 mechanisch
verbunden. Die Verbindung der Leiterplatte 26 mit den Stromschienen 34 kann
beispielsweise über ein Aufpressverfahren oder durch Verlötung
erfolgen. Die Gehäuseunterseite 30 wird über
den Deckel 33 verschlossen und/oder vergossen. Bei der
Ausführungsform als Deckel 33, wie in 3 dargestellt,
kann dieser über einen Laserschweißprozess (Kunststofflaserdurchstrahlschweißprozess)
dicht mit der Gehäuseunterseite 30 verbunden werden.
Alternativ könnte das Innere des Sensorgehäuses
auch in MID-Technik (Moulded Interconnected Device) ausgeführt
und integrierte Schaltung 28 und Kabel 16, 20 auch
direkt aufgenommen sein.
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Zur
mechanischen Verbindung zwischen Kabel 16, 20 und
Sensorgehäuse 13 sind jeweils Trägerelemente 24 vorgesehen,
die Bestandteile des Sensorgehäuses 13 (Gehäuseunterseite 30,
Deckel 33) sind. Hierzu können die Kabel 16, 20 durch
die Trägerelemente 24 umspritzt werden. In einer
alternativen Ausgestaltung könnte auch vorgesehen sein, diese
Trägerelemente 24 als das Gehäuse 13 verschließende
Deckel auszuführen. Das Sensorgehäuse 13 wäre hierzu
becherförmig auszuführen. Insbesondere bei dem
Ausführungsbeispiel nach 1 würde
sich ein solches deckelförmiges Trägerelement 24,
welches zumindest eine der Leitungen 16, 20 umgibt,
eignen.
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Weiterhin
könnte vorgesehen sein, das Trägerelement 24 mechanisch
unmittelbar mit der Leiterplatte 26 zu befestigen. Dies
würde zu einer weiteren Integration führen. Ein
deckelförmiges Trägerelement 24 könnte
mit der becherförmigen Gehäuseunterseite 30 durch
Laserschweißverfahren verbunden werden. Alternativ könnte
der Sensor 12 mit einem geeigneten Material vergossen werden,
wobei bei geeigneter Materialauswahl auf den Deckel 33 verzichtet
werden könnte. Durch den Verguss der Sensoren 10, 12 können
störende Eigenschwingungsanregungen sowie auch Pumpeffekte
(temperaturbedingtes Zusammenziehen und Ausdehnen eines eingeschlossenen
Gasvolumens) im Gehäuseinnenraum vermieden werden. Alternativ
zu den umspritzten Kabeln 16, 20 könnten
in dem zweiten Sensorgehäuse 13 auch Steckverbinder
integriert werden, über die die Kabel 16, 20 mittels
entsprechenden Gegensteckern mit dem zweiten Sensorgehäuse 13 verbunden
werden könnten. Die zur Kontaktierung bzw. der Befestigung
der Leiterplatte 26 oder der für Sensorbausteine
benötigten Stromschienen 34 können dabei
auf einer Seite als Steckerpins ausgeführt sein.
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Als
erster Sensor 10 kommt bevorzugt ein Drehzahlsensor zum
Einsatz, als zweiter Sensor 12 bevorzugt ein Beschleunigungssensor.
Ein Raddrehzahlsensor kann beispielsweise auf einem induktiv arbeitenden
Sensorsystem oder auf sogenannten aktiven, in Halbleitertechnologie
ausgeführten Sensoren, die unter Nutzung des Hall-Effekts,
magnetoresistiv oder auf Basis des GMR-Effekts arbeiten, basieren.
Zur Anregung der Raddrehzahlsensoren werden im Bereich der Radachse
angebrachte Geberräder in Form von magnetfeldleitenden
Zahnrädern (bei den aktiven Sensoren kombiniert mit Back-Bias-Magneten)
oder gummierte und aufmagnetisierte Geberräder verwendet.
Der Raddrehzahlsensor könnte auch als Kappe oder Ring ausgeführt
sein und auf ein Radlager aufgepresst werden.
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Ein
Beschleunigungssensor als Beispiel für den zweiten Sensor 12 könnte
beispielsweise der Erfassung der Achsschwingungen dienen. Er könnte als
ein- oder mehrachsiger Beschleunigungssensor ausgeführt
sein. Das Beschleunigungssensorgehäuse 13 enthält üblicherweise
ein Befestigungselement 14 zur mechanisch festen Verbindung
sowie zur steifen Ankopplung an ein mit der Achse mitschwingendes
Element des Fahrzeugs. Die Teilintegration von Raddrehzahlsensor
und Beschleunigungssensor eignet sich insbesondere zur indirekten
Reifendruckerkennung, zur aktiven oder halbaktiven Dämpfung, zur
Radlagerverschleißerkennung, Fahrbelagszustandserkennung
oder ähnlichem. Die Anwendungen sind jedoch hierauf nicht
eingeschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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