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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung und zur
Positionierung eines abgedeckten Sensorelements einer Sensoranordnung. Ferner
betrifft die Erfindung eine Sensoranordnung mit einem nach diesem
Verfahren positionierten Sensorelement.
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Derartige
Sensoranordnungen werden insbesondere in der Automobilindustrie
eingesetzt. Einbauort ist beispielsweise ein Getriebe oder ein Motorraum
eines Kraftfahrzeugs. Die Sensorelemente werden zur Ermittlung von
Drehzahl, Weg oder anderen Messgrößen beispielsweise in Steuergeräten verbaut.
Als Kontaktelement zur elektrischen Kontaktierung des Sensorelements
mit externen Komponenten kommt beispielsweise ein Stanzgitter zum
Einsatz. Bei einer bevorzugten Ausführung werden die Stanzgitter
mit einem Grundkörper
ummantelt, was im Stand der Technik durch ein zweistufiges Spritzverfahren
geschieht. Aus technischen Gründen,
insbesondere zum Spanschutz, werden Ausführungen des Grundkörpers erzwungen,
bei denen die Sensorelemente mit Deckeln, insbesondere mit Spanschutzdeckeln,
versehen werden. Bei verdeckelten Sensorelementen kann eine exakte
Position bzw. Lage der Sensoren, zum Beispiel zum Positionieren beim
Einbau in ein Getriebe, nicht mehr taktil oder optisch erfasst werden.
Bekannte Verfahren zur Positionsermittlung des Sensors bedienen
sich einer elektromagnetischen Positionsermittlung einer sensitiven
Fläche.
Dies ist aufwändig
und kostspielig und erfordert zudem eine nochmals aufwändige Kalibrierung
der Messanlage. Weiterhin ist es bekannt, Sensoraufnahmen im Grundkörper im
Rahmen einer zerstörenden
Prüfung
zu vermessen. Die Nachteile eines derartigen Verfahrens sind offensichtlich.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Positionsbestimmung und zur Positionierung eines abgedeckten
Sensorelements derart weiterzubilden, dass eine exakte Positionsbestimmung
und Positionierung mit geringerem Aufwand gewährleistet ist.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Erfindungsgemäß wurde
bekannt, dass die Vorgabe von Referenzpositionen, also von Referenzflächen und/oder
Referenzpunkten, die Möglichkeit bietet,
das eigentliche Messproblem, nämlich
die Bestimmung der Position des Sensorelements zum Tragkörper, in
zwei Teil-Messaufgaben zu zerlegen, wobei eine erste Teil-Messaufgabe,
nämlich
die Bestimmung der Lage der Referenzposition zum Sensorelement bei
abgenommenen Sensordeckel und die zweite Teil-Messaufgabe bei aufgesetztem
Sensordeckel durchgeführt
werden kann. Weder eine aufwändige
elektromagnetische Positionsbestimmung noch eine zerstörende Prüfung sind
erforderlich. Beim erfindungsgemäßen Verfahren
wird die Tatsache genutzt, dass der Grundkörper der Sensoranordnung nach
dem Verdeckeln des Sensorelements noch zugängliche Punkte bzw. Flächen aufweist,
sodass dort Referenzpunkte bzw. Referenzflächen, die taktil oder optisch
erfasst werden könnte,
vorgegeben werden können.
Bevorzugt werden die Referenzpositionen möglichst nahe benachbart zur
Sensoraufnahme vorgegeben. Die Referenzpositionen sind vorzugsweise
so ausgeführt,
dass sie in einer gleichen Werkzeugformhälfte wie die Aufnahmetaschen
der Sensorelemente hergestellt werden und somit ein entsprechendes
Referenzmaß beispielsweise
von einer Referenzmessfläche
zu einem Boden einer Sensoraufnahmetasche und somit zum Sensorelement
selbst gegeben ist. Eine entsprechend genau bekannte Relativpositionierung
des Sensorelements in der Sensoraufnahme vorausgesetzt, kann die
Referenzierung auch bei noch nicht verbautem Sensorelement erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren
dient zum Nachweis der Lage des mindestens einen Sensorelements,
welches nach einem Verbau innerhalb der Sensoranordnung nicht mehr
taktil oder optisch vermessen werden kann, da es vom Deckel abgedeckt
ist. Die Lage des Sensorelements kann dann über die mindestens eine Referenzfläche und/oder
den mindestens einen Referenzpunkt bestimmt werden, die in festem
Bezug zum Sensorelement liegen. Auch nach dem Verbau kann an der
Sensoranordnung, die beispielsweise als Sensordom ausgeführt ist,
an einem kompletten Steuergerät,
in das die Sensoranordnung integriert ist oder auch in einem Getriebe
die Lage des Sensorelement überprüft werden.
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Das
Verfahren nach Anspruch 2 ist auf den Ablauf bei derzeit typischerweise
eingesetzten Sensoranordnungen zugeschnitten.
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Referenzpositionsvorgaben
nach den Ansprüchen
3 und 4 ermöglichen
eine entsprechend exakte Positionsbestimmung und Positionierung
des Sensorelements relativ zum Tragkörper.
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Ein
Spritzverfahren nach Anspruch 5 erlaubt eine kostengünstige Herstellung
der Sensoranordnung. Dies gilt insbesondere, wenn nach Anspruch
6 die Sensoraufnahme beim Umspritzen ausgeformt wird.
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Die
Vorteile einer Sensoranordnung nach den Ansprüchen 7 oder 8 entsprechen denjenigen, die
vorstehend unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Verfahren
bereits erläutert
wurden. Ein Hallsensor erlaubt eine besonders effiziente Parameterbestimmung.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 perspektivisch
einen ein Sensorelement aufweisenden Abschnitt einer Sensoranordnung
zur Erfassung von Betriebsparametern eines Kraftfahrzeugs;
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2 in
einer zu 1 ähnlichen Darstellung eine weitere
Ausführung
einer Sensoranordnung;
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3 und 4 in
einer zu 1 ähnlichen Darstellung weitere
Ausführungen
einer Sensoranordnung und
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5 drei
derartige Sensoranordnungen auf einem gemeinsamen Träger.
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1 zeigt
einen Abschnitt einer Sensoranordnung 1 im Bereich eines
Sensorelements 2. Das Sensorelement 2 ist in einer
Sensoraufnahme 3 angeordnet, die wiederum in einem Grundkörper 4 der Sensoranordnung 1 ausgeführt ist.
Der Grundkörper 4 wird
auch als Sensordom bezeichnet. Das Sensorelement 2 ist
von einem in der 1 transparent dargestellten
Deckel 5 abgedeckt, der zum Schutz des Sensorelements 2 beispielsweise
vor mechanischen oder elektrostatischen Einflüssen sowie zum Schutz gegen
einen Kurzschluss dient. Der Deckel 5 ist mit dem Grundkörper 4 verbunden,
insbesondere auf diesen aufgerastet. Der Grundkörper 4 und der Deckel 5 sind
aus Kunststoff.
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Nicht
näher dargestellte
Kontaktpins des Sensorelements 2 sind über einen elektrisch leitfähigen Verbindungskörper 6,
der in der 1 im Bereich von im Grundkörper 4 freigelassenen
Ausschnitten sichtbar ist, elektrisch mit in der 1 nicht dargestellten
Anschlusspins zur Kontaktierung des Sensorelements 2 mit
einem externen Steuer- bzw. Ausgabegerät verbunden. Der Verbindungskörper 6 stellt
ein elektrisches Kontaktelement dar. Der Verbindungskörper 6 ist
mit dem Grundkörper 4 umspritzt.
Alternativ hierzu kann der Verbindungskörper 6 am Grundkörper 4 auch
montiert und/oder verstemmt sein. Der Verbindungskörper 6 ist
insbesondere aus Kupfer.
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Das
Sensorelement 2 ist als Hallsensor ausgeführt. Für einen
korrekten Betrieb der Sensoranordnung 1 ist es erforderlich,
die exakte Position des Sensorelements 2 im Raum zu kennen.
Da das Sensorelement 2 vom Deckel 5 abgedeckt
und damit nicht direkt optisch zugänglich ist, werden zur Positionsbestimmung
des Sensorelements 2 der Sensoranordnung 1 Referenzpunkte
bzw. Referenzflächen definiert.
Derartige Referenzpunkte bzw. Referenzflächen werden nachfolgend auch
als Ersatzmessflächen
bezeichnet. Eine erste Ersatzmessfläche 7 der Sensoranordnung 1 ist
vorgegeben durch eine Seitenwand einer in der 1 vertikal
verlaufenden Verstärkungsstrebe 8 des
Grundkörpers 4.
Eine weitere Ersatzmessfläche 9 ist
vorgegeben durch eine Seitenwand einer weiteren Verstärkungsstrebe 10 des Grundkörpers 4,
die in der 1 ebenfalls vertikal verläuft. Die
beiden Ersatzmessflächen 7, 9 stehen
in einem festen Bezug zueinander und schließen zueinander in etwa einen
rechten Winkel ein.
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Mithilfe
der Ersatzmessflächen 7, 9 geschieht
eine Positionsbestimmung des abgedeckten Sensorelements 2 folgendermaßen: Zunächst wird das
Sensorelement 2 mit dem noch frei liegenden Verbindungskörper 6 kontaktiert.
Anschließend
wird der Verbindungskörper 6 zusammen
mit dem Sensorelement 2 mit dem Grundkörper 4 umgeben, wobei gleichzeitig
die Sen soraufnahme 3 für
das Sensorelement 2 im Grundkörper 4 ausgebildet
ist. Beim Umspritzen des Verbindungskörpers 6 kann die Sensoraufnahme 3 auch
in anderer Weise vorgegeben und das Sensorelement 2 kann
nachträglich
in die Sensoraufnahme 3 montiert werden. Nun wird der Abstand der
Ersatzmessflächen 7, 9 zu
einem vorgegebenen Sensorort in der Sensoraufnahme 3, der
einem entsprechenden Sensorort des Sensorelements 2 bei montiertem
Sensorelement 2 entspricht, exakt vermessen. Dies geschieht
bei noch abgenommenen Deckel 5, sodass insbesondere eine
optische Vermessung möglich
ist. Der vorgegebene Sensorort ist beispielsweise ein zentraler
Punkt in der Sensoraufnahme 3. Die Vermessung des Abstandes
zum vorgegebenen Sensorort kann prinzipiell also auch bei noch nicht
eingebautem Sensorelement 2 erfolgen. In diesem Fall muss
die Sensoraufnahme 3 so gestaltet sein, dass schon vor
dem Einbau des Sensorelements 2 eine exakte Position des
montierten Sensorelements 2 in der Sensoraufnahme 3 bekannt
ist. Nach der Vermessung des Abstandes der Ersatzmessflächen 7, 9 zum
vorgegebenen Sensorort und nach dem Einbau des Sensorelements 2 in
die Sensoraufnahme 3 wird der Deckel 5 auf dem
Sensorelement 2 angebracht. Der Grundkörper 4 wird nun relativ
zu einem Tragkörper
für die
Sensoranordnung 1 derart positioniert, dass die beiden
Ersatzmessflächen 7, 9 vorgegebene
Positionen zu diesem Tragkörper
einnehmen. Diese Positionsvorgabe geschieht so, dass dann, wenn
die Ersatzmessflächen 7, 9 diese
vorgegebenen Positionen einnehmen, zwangsläufig auch das Sensorelement 2 korrekt
positioniert ist. Mit dem Verfahren wird also nicht nur eine Position
des Sensorelements 2 bestimmt, sondern das Sensorelement 2 wird
hierdurch auch korrekt positioniert.
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2 zeigt
eine weitere Ausführung
einer Sensoranordnung 1. Komponenten, die denjenigen entsprechen,
die vorstehend unter Bezugnahme auf die
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1 bereits
erläutert
wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im
Einzelnen diskutiert.
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In
der 2 ist das vom Schutzdeckel 5 abgedeckte
Sensorelement 2 nicht sichtbar.
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Die
Sensoranordnung 1 nach 2 unterscheidet
sich von derjenigen nach 1 hauptsächlich durch die Positionierung
des Sensorelements relativ zum Grundkörper 4. Ein das Sensorelement 2 tragendes
freies Ende des Grundkörpers 4 der
Sensoranordnung 1 nach 2 ist unter
einem Winkel von etwa 30° abgekröpft, sodass
das Sensorelement 2 in einer entsprechend geneigten Sensorebene
zu liegen kommt. Eine erste Ersatzmessfläche 11 ist bei der
Sensoranordnung 1 nach 2 durch
eine dem Betrachter der 2 zugewandte Seitenwand 12 des
Grundkörpers 4 gebildet.
Eine weitere Ersatzmessfläche 13 ist
durch eine entsprechend zur Neigung der Sensorebene geneigte Stirnwand 14 des Grundkörpers 4 der
Sensoranordnung 1 nach 2 vorgegeben.
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Eine
Positionsbestimmung sowie eine Positionierung des Sensorelements
der Sensoranordnung 1 nach 2 geschieht
entsprechend dem, was vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 erläutert wurde,
mit dem Unterschied, dass nun die Ersatzmessflächen 11 und 13 zum
Einsatz kommen.
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3 zeigt
eine weitere Ausführung
einer Sensoranordnung 1. Komponenten, die denjenigen entsprechen,
die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 bereits
erläutert
wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals
im Einzelnen diskutiert.
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Die
Sensoranordnung 1 nach 3 unterscheidet
sich von derjenigen nach 2 in der Gestaltung des Grundkörpers 4 sowie
im Neigungswinkel einer Sensorebene 15, die bei der Ausführung nach 3 weniger
stark geneigt ist als bei der Ausführung nach 2.
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Bei
der Ausführung
nach 3 werden Referenzpunkte 16, 17 vorgegeben,
deren Funktion derjenigen der Ersatzmessflächen der Ausführungen nach
den 1 und 2 entspricht. Der Referenzpunkt 16 liegt
an einer vorgegebenen Umfangsposition in einer vorgegebenen Höhe auf einer
Außenwand 18 des
Grundkörpers 4.
Der Referenzpunkt 17 liegt auf einem Deckelabschnitt 19,
welcher in der Nähe
des Sensorelements angeordnet und einstückiger Bestandteil des Grundkörpers 4 ist.
Der Referenzpunkt 17 liegt in der Sensorebene 15.
Alternativ ist es möglich,
den Referenzpunkt 17 mittig auf der Oberfläche des
Deckels 5 anzuordnen.
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Beim
Positionieren des Grundkörpers 4 in der
Ausführung
nach 3 relativ zu einem Tragkörper wird sichergestellt, dass
die beiden Referenzpunkte 16, 17 jeweils eine
vorgegebene Position zum Tragkörper
haben. Vorbereitend wird bei abgenommenem Deckel der Abstand der
Referenzpunkte 16, 17 zum vorgegebenen Sensorort
vermessen.
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4 zeigt
eine weitere Ausführung
einer Sensoranordnung 1. Komponenten, die denjenigen entsprechen,
die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 bereits
erläutert
wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals
im Einzelnen diskutiert.
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Die
Sensoranordnung nach 4 unterscheidet sich von derjenigen
nach 3 wiederum durch die Gestalt des Grundkörpers 4 sowie
durch den Neigungswinkel einer Sensorebene 20. Letztere ist
bei der Ausführung nach 4 in
etwa so stark gegenüber
einer Längserstreckung
des Grundkörpers 4 geneigt,
wie dies bei der Ausführung
nach 2 der Fall ist.
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Bei
der Ausführung
nach 4 wird neben der Ersatzmessfläche 13 (vergleiche
auch 2) noch ein Referenzpunkt 21 vorgegeben,
dessen Position derjenigen des Referenzpunkts 17 der Ausführung nach 3 entspricht
und der in der Sensorebene 20 liegt.
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Bei
der Positionsbestimmung und der Positionierung des Sensorelements 2 werden
der Abstand der Ersatzmessfläche 13 sowie
der Abstand des Referenzpunkts 21 zum vorgegebenen Sensorort
vermessen und anschließend
der Grundkörper 4 relativ zu
einem Tragkörper
derart positioniert, dass die Ersatzmessfläche 13 und der Referenzpunkt 21 jeweils eine
vorgegebene Position zum Tragkörper
aufweisen. Ansonsten entspricht die Positionsbestimmung und Positionierung
des Sensorelements der Ausführung
nach 4 dem, was vorstehend unter Bezugnahme auf die
Ausführungen
nach den 1 bis 3 erläutert wurde.
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5 zeigt
drei weitere Ausführungen
von Sensoranordnungen 22, 23, 24, die
auf einem gemeinsamen Tragkörper 25 montiert
sind. Komponenten der Sensoranordnungen 22 bis 24,
die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf
die 1 bis 4 bereits erläutert wurden,
tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen
diskutiert.
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Die
in der 5 links dargestellte Sensoranordnung 22 entspricht
der Sensoranordnung 1 nach 1. Am der
Sensoraufnahme 3 gegenüberliegenden
Ende hat der Grundkörper 4 der
Sensoranordnung 22 eine Fußplatte 26, die mit
dem plattenförmigen
Tragkörper 25 verschraubt
ist. Entspre chende Fußkörper 26 haben
die Sensoranordnungen 23 (vergleiche 5,
Mitte) und 24 (vergleiche 5, rechts).
Die Sensoranordnung 23 entspricht der Sensoranordnung 1 nach 2.
Die Sensoranordnung 24 entspricht der Sensoranordnung 1 nach 3.