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Magnetoresistiver Sensor
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Die Erfindung betrifft einen magnetoresistiven Sensor mit Formierungsmagnet
für einen Anzeigekreis, insbesondere zur Verwendung bei der Überwachung des Reifendruckes
von sich drehenden Fahrzeug-Doppelreifen, denen je eine einen Messmagneten aufweisende,
an einem dem Sensor zugekehrten Felgenhorn des Fahrzeugrades montierbare Druckmessdose
zugeordnet ist, wobei im Sensor vier Sensorelemente als Wheatstone-Brücke zusammengeschaltet
und zwei Sensorelemente-Paare mit komplementärem Verhalten eingesetzt und die beiden
jeweils gleichen Sensorelemente-Paare diagonal angeordnet sind.
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Die Überwachung des Reifendruckes von. sich drehenden Fahrzeugreifen
ist für die Fahrsicherheit eines Kraftfahrzeuges von grosser Bedeutung. Es ist hierfür
eine Druckmessdose entwickelt worden, deren Innenraum durch eine flachkonische Membran
in zwei Kammern geteilt und die in der Dose druckdicht gehalten ist. In einem zylindrischen
Ansatz der Membran ist ein Messmagnet gehalten. Eine Kammer der Druckmessdose wird
mit dem gewünschten Solldruck des Fahrzeugreifens beaufschlagt.
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Danach wird die Druckmessdose am Felgenhorn des Fahrzeugreifens montiert,
die zweite Kammer am Ventil des Reifens angeschlossen und dabei das Druckgleichgewicht
in den beiden Kammern der Dose hergestellt. Bei einem Druckabfall im angeschlossenen
Fahrzeugreifen ändert sich auch der Druck in der zweiten, mit diesem Reifen verbundenen
Kammer der Druckmessdose, wobei dann die Membran und mit dieser der Messmagnet verschoben
wird. Der Druckmessdose ist ein mit einem Terminal zusammenwirkender magnetoresistiver
Sensor zugeordnet, derart, dass die Änderung des Magnetfeldes des aus einem Dauermagneten
mit hoher Temperaturstabilität und grosser Koerzitivfeldstärke
bestehenden
Messmagneten der Druckmessdose das Formierungsmagnetfeld des Sensors beeinflusst.
Bei Überschreiten bzw.
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Unterschreiten eines Schwellenwertes der Reifendruckänderung werden
die Druckverhältnisse in der Druckmessdose verändert, wobei der Messmagnet seine
Position in Bezug zum Formierungsmagnetfeld des Sensors verändert. Bei Druckabfall
wird daher der Messmagnet in der Druckmessdose von dem ihm zugeordneten Sensor wegbewegt,
dieser spricht auf die vom Weg des Messmagneten abhängige lineare Magnetfeldänderung
an und liefert ein Signal, das im Terminal angezeigt wird.
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Die Reifendrucküberwachung mit einer solchen Druckmessdose und die
Signalübermittlung mit einem Sensor erfolgt zuverlässig. Bei Doppel- oder Zwillingsreifen
kann jedoch nicht erkannt werden1 in welchem Reifen die Druckänderung aufgetreten
ist. Diese Schwierigkeit macht die Arbeit der Druckmessdose unvollkommen.
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Aufgabe der Erfindung war est einen Sensor zu schaffen, der im Zusammenwirken
mit einer einen Messmagneten aufweisenden Druckmessdose erkennen lässt1 in welchem
der Zwillingsreifen eine Druckänderung aufgetreten ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen magnetoresistiven Sensor der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, dass ein Paar identische Sensoren kombiniert sind,
wobei ein Sensor Nordpolformiert und der andere Sensor Südpol-formiert ist, und
die mit den Sensoren zusammenwirkenden Messmagnete der für die Fahrzeugreifen bestimmten
Druckmessdosen so gerichtet sind, dass der eine Messmagnet dem Nordpol-formierten
Sensor und der andere Messmagnet dem Südpol-formierten Sensor zugeordnet ist.
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Die Stärke der Messmagneten in jeder Druckmessdose sowie der Abstand
der Messmagneten zu den kombinierten Sensoren sind auf die Stärke der Formierungsmagnetfelder
abgestimmt.
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Eine so aufgebaute Kombination aus zwei identischen Sensoren mit entgegengesetzter
Formierung und die entsprechende Zuordnung der gegensätzlich orientierten Messmagnete
brachte die Lösung des Problems, nämlich die Möglichkeit, eine Druckänderung in
einem Fahrzeugreifen nicht nur zu erkennen, sondern auch tatsächlich den Fahrzeugreifen
zu lokalisieren.
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Die Beeinflussung des einen Formierungsmagnetfeldes erfolgt nur durch
den ihm zugeordneten Messmagneten, während das andere Formierungsmagnetfeld völlig
unangetastet bleibt.
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Dabei ist es gleichgültig, in welcher Richtung das Fahrzeugrad dreht.
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Die Erfindung wird anhand schematischer Darstellungen in den Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen: Fig 1 eine schematische perspektivische Ansicht eins
bekannten Sensors; Fig. 2 eine schematische Ansicht einer möglichen Anordnung der
einzelnen Sensoren in einem Sensoren-Paar; Fig. 3 eine zweite Möglichkeit der Anordnung
der Sensoren in einem Sensoren-Paar; Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Sensoren-Paares,
das gegen einen angedeuteten mit zwei Messmagneten bestückten Fahrzeugreifen gerichtet
ist;-Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht eines Zwillingsreifens mit
angedeuteter Anordr n Druckmessdosen und Sensoren-Paar.
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Ein als Grundelement verwendeter Sensor 1, wie er sich für den erfindungsgemässen.
Einsatz eignet, ist bekannt. Fig. 1 zeigt schematisch einen solchen Sensor 1, der
eine Vollbrückenschaltung darstellt. Er besteht aus vier Sensorenelementen, die
als Wheatstone-Brücke 3 zusammengeschaltet sind, wobei zwei Sensorelemente-Paare
mit komplementärem Verhalten verwendet sind. Die beiden jeweils gleichen Sensorelemente
sind diagonal angeordnet. Von der Brücke gehen Anschlussfüsse 4 aus. Dem Sensor
ist ein Formierungsmagnet zugeordnet, der jedoch in Fig. 1 nicht gezeigt ist. Durch
die Pfeile M ist aber das Messfeld und durch die Pfeile F das Formierungsmagnetfeld
angedeutet.
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Erfindungsgemäss werden nun zwei solcher Sensoren. 1 und 2 zu einem
Sensoren-Paar kombiniert und so zueinander angeordnet, dass der eine Sensor durch
seinen Formierungsmagneten 61 Nordpol-formiert und der andere Sensor 2 durch seinen
Formierungsmagneten 62 Südpol-formiert ist, Fig. 2 zeigt nebeneinander angeordnete
Sensoren 1 und 2> bei denen die ormlerungsmagneten 61 und 62 nebeneinander in
einer Geraden liegen. Eine andere Anordnung ist in Fig. 3 gezeigt, bei der die Formierungsmagneten
61 und 62 um 180° versetzt sind.
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Im jedem Fall ist aber die Formierung Nord-Süd/Süd-Nord, d.h. die
Linien der Magnetfelder verlaufen gegenläufig.
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Ein solcher Doppel-Sensor arbeitet mit Druckmessdosen zusammen, die
als Reifendruckmessgeräte zuverlässig und präzise arbeiten.
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Wie bereits erwähnt ist ein wesentlicher Bestandteil einer solchen
Druckmessdose der membrangesteuerte Messmagnet in einer Druckdose, deren geteilter
Innenraum mit dem Ventil eines Fahrzeugreifens verbunden und mit dem Solldruck des
Reifens beaufschlagt ist. Für jeden Sensor 1 und 2 im Sensor-Paar ist eine Druckmessdose
7 bzw.8 vorgesehen.
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Fig. 4 zeigt die Anordnung der beiden Sensoren 1 und 2 in Bezug zu
einem Fahrzeugreifen 10, der durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist.
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Die beiden Sensoren 1 und 2 sind in einem Gehäuse 20 eingesetzt und
mit ihren Anschlussfüssen 4 jeweils an elektronische Schaltungen, angedeutet bei
51 und 52, angeschlossen.
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Diese Schaltungen sind für die Verarbeitung der von. dem jeweiligen
Sensor 1 bzw. 2 gelieferten Signale ausgelegt.
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Dem Sensor 1 ist ein Formierungsmagnet 61 N/S und dem Sensor 2 ist
ein Formierungsmagnet 62 S/N zugeordnet.
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Am gestrichelt angedeuteten Fahrzeugreifen 10 sind radial gegenüberliegend
Messmagnete M7 und M8 von Druckmessdosen (nicht dargestellt) gezeigt, und zwar in
ihrer Ausrichtung zu den Sensoren 1 und 2. Dem Nordpol-formierten Sensor ist der
Messmagnet M7 und dem Südpol-formierten Sensor 62 ist der Messmagnet M8 zugeordnet.
Das bedeutet, dass in den Druckmessdosen 7 und 8 für Zwillingsreifen Messmagnete
mit entgegengesetzter Polung verwendet werden. Beim Drehen des Fahrzeugreifens 10
durchqueren die Magnetfelder der Messmagneten M7 und M8 die Magnetfelder der formierten
Sensoren 1 und 2. Die Stärke der Messmagneten M7 und M8 sowie deren Abstand zu den
ihnen zugeordneten kombinierten Sensoren 1 und 2 sind auf die Stärke der Formierungsfelder
F der Sensoren abgestimmt. Daraus folgt, dass bei einem bestimmten Solldruck der
Fahrzeugreifen und bei Druckgleichgewicht in den Druckmessdosen 7 und 8 keine Änderungen
der einander kreuzenden Magnetfelder auftreten. Tritt jedoch in einem Reifen ein
Druckabfall auf und überschreitet dieser einen bestimmten Schwellenwert, verändert
der Messmagnet der an diesem Reifen
angeschlossenen Druckmessdose
seine Position zu dem ihm zugeordneten Sensor, wodurch das Formierungsmagnetfeld
beeinflusst wird. Daraufhin spricht der Sensor an und übermittelt über seine elektronische
Schaltung ein entsprechendes Signal an ein Terminal. Auf diese Weise kann leicht
ermittelt werden, in welchem der beiden Reifen eine Störung vorliegt. Die Anordnung
der Sensoren 1 und 2 und deren Zuordnung zu den Druckmessdosen 7 und 8 machen das
System drehrichtungsunabhängig.
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Fig. 5 zeigt schematisch einen Innenreifen 10 und einen Aussenreifen
11 eines an einer Achse 9 gelagerten Zwillingsreifenpaares. Am Felgenhorn 12 des
Innenreifens 10 sind radial gegenüberliegend die beiden Druckmessdosen 7 und 8 befestigt.
Die Druckmessdose 7 ist über eine Leitung 13 am Ventil 16 des Aussenreifens 11 angeschlossen.
Die Leitung 13 führt selbstverständlich nicht wie dargestellt aussen um den Innenreifen
10. Es soll hier nur schematisch der Anschluss gezeigt werden Die zweite Druckmessdose
8 ist über eine Leitung 14 am Menti '5 des rnnenreifens 10 angeschlossen. Am. Chassis
17 des Fahrzeugt ist das Sensorenpaar S mit seinen beiden Sensoren 1 und 2 starr
befestigt, derart, dass die beiden am Felgenhorn 12 des Innenreifens 10 befestigten
Druckmessdosen 7 und 8 in einem bestimmten Abstand vor den Sensoren 1 und 2 vorbeibewegt
werden. Dieser Abstand richtet sich nach der Stärke der Messmagneten in den Druckmessdosen
sowie nach der Stärke der Formierungsmagnetfelder.