DE60110867T2

DE60110867T2 - Geschwindigkeitssensor, integriert in die Abdeckkappe eines Lagers

Info

Publication number: DE60110867T2
Application number: DE2001610867
Authority: DE
Inventors: David A. Foster; Steven E. Faetanini
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2001-07-02
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2021-07-03
Also published as: DE60110867D1; EP1178319A1; EP1178319B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Das technische Gebiet dieser Offenbarung sind Drehzahlsensoren für Radlagergehäuse. Insbesondere wird eine Sensorkappe mit einem aktiven Sensorchip und zugehörige Elemente in einer integrierten, versiegelten Einheit vorgesehen, die den Sensor exakt positioniert und den Sensor vor rauen Bedingungen schützt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Drehzahlsensoren sind gewöhnlich als ein Element in Radlagergehäusen enthalten. Sensoren nach dem Stand der Technik umfassen passive Sensoren. Passive Sensoren liefern ein magnetisches Feld mit irgendeinem Typ von Magnet, der im Allgemeinen in kurzer Entfernung mit einer Sensorspule zu einer Sensorkomponente kombiniert ist. Die Spulenmagnetkomponente ist in der Regel relativ zu dem Fahrzeug fest angebracht, da sie Signalleitungen aufweist, die von ihr weggehen. Ein Ring mit variabler Reluktanz, im Allgemeinen ein gezahnter Eisenring, ist angebracht, um sich mit der Drehzahl des Rads in dem magnetischen Feld zu drehen, sodass dabei ein elektrisches Signal erzeugt wird, das mit der Raddrehzahl variiert.
Passive Sensoren verwenden Drahtspulen und Polschuhe in Verbindung mit Magneten, um die sich bewegenden Sensorringzähne abzutasten. Im Hinblick auf die Herstellung eines integrierten Aufbaus boten die früheren Sensoren einige Herausforderungen. Sensoren mit variabler Reluktanz umfassen insbesondere eine große Anzahl an empfindlichen Abschnitten, die während des Packens in ein Gehäuse in einem verbundenen Zustand gehalten werden müssen. Die feinen Drahtspulen und Verbindungen zwischen den Komponenten sind besonders zerbrechlich. Die Spulen und Verbindungen sind dafür bekannt, während des Umspritzens, als Ergebnis von thermischer Spannung, während der Wartung und aus anderen Gründen leicht zu brechen.
Es wäre wünschenswert, ein Sensorsystem zu haben, das die obigen Nachteile überwinden würde, ohne zusätzliche Schritte und Unkosten mit sich zu bringen.
DE 199 30 139 (= US 6 203 204 ) zeigt eine Drehzahlsensorvorrichtung, in der ein magnetischer Sensor und zwei Klemmen direkt in eine Kunststoffkappe eingeformt sind. Diese Anordnung ist schwierig herzustellen, da der Sensor und die Klemmen, bevor das Formen stattfindet, exakt in der Form positioniert und während des Formens in Position gehalten werden müssen.
Die vorliegende Erfindung strebt an, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, in denen sowohl der Fertigungsprozess als auch das Erreichen der erforderten Genauigkeit vereinfacht werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Sensorvorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, bereit. Die Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren zum Anfertigen einer Drehzahlsensorvorrichtung, wie in Anspruch 9 definiert, bereit.
Die vorhergehenden und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen, gelesen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, weiter ersichtlich werden. Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen sind lediglich eine Erläuterung der Erfindung und beschränken nicht den Schutzumfang der Erfindung, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Ausführungsform des Sensorgehäuses, das benachbart zu einem Radlager positioniert ist.
2 zeigt eine Ausführungsform der Sensorkomponenten.
3 zeigt eine Ausführungsform der Sensorkappe.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In Bezug auf 1 ist eine Schnittansicht des Sensorgehäuses, das auf einem Radlager positioniert ist, gezeigt. Das Sensorgehäuse kann einen thermoplastischen Körper 1 mit einem Metallbefestigungsring 2 umfassen.
Zwei Anschlussklemmen 3, 4 können in einem oberen Abschnitt des Körpers 1 positioniert sein. Ein Kunststoffeinsatz 5 kann die Klemmen 3, 4 in einem oberen Abschnitt aufnehmen. Gegenüber dem oberen Ende des Kunststoffeinsatzes 5 kann das Gehäuse des aktiven Sensors oder das aktive Sensorelement 7 in einem unteren Ende des Kunststoffeinsatzes aufgenommen werden. Der aktive Sensor ist ein Sensor, der einen Halbleiterchip zum Abtasten von Veränderungen in einem magnetischen Feld umfasst. Beispiele aktiver Sensoren umfassen Halleffektsensoren, MR-Sensoren und ähnliche.
Ein optionaler Kondensator (gezeigt in 2) kann in einen Schlitz in dem oberen Ende des Kunststoffeinsatzes 5 benachbart zu den Klemmen 3, 4, positioniert sein. Der Kondensator ist über die Klemmen 3, 4 überbrückt.
Der Lageraufbau kann eine Nabe 11, eine Vielzahl an Wälzelementen 12, eine Spindel 13, zwei Abstandsstücke 14, einen Innenring 15, zwei C-Halter 16 und einen Sensorring 17 umfassen. Der Sensorring 17 kann ein Metallstück mit Zähnen oder einer flachen Oberfläche mit Bereichen sein, das Abweichungen der Magnetfeldkonzentration oder ähnliches hervorruft, solange es dazu im Stande ist, Magnetfeldabweichungen herzustellen, die durch den Sensor 7 erfassbar sind. Das Sensorgehäuse kann durch einen Presssitz mit dem Führungszapfendurchmesser 2A des Metallrings 2 mit der Lagernabe 11 ineinander greifen. Dies kann eine Stahlgrenzfläche zum Schutz vor Undichtigkeit und zur maximalen Zurückhaltung des Sensorgehäuses an dem Lager sein. Der Flansch 2B des Metallbefestigungsrings 2 kann gegen die Stirnfläche 11A der Lagernabe 11 gepresst werden und wirkt als ein fester Anschlag für die Lage des Sensoraufbaus. Dies stellt die korrekte Relativposition des aktiven Sensorele ments 7 zu dem Sensorring 17 sicher. Auf diese Weise wird der Luftspalt oder Sensorspalt zwischen dem Sensorelement 7 und dem Sensorring 17 sorgfältig erhalten. Der Spalt oder der Betriebsabstand zwischen dem Geberrad oder Sensorring 17 und dem Sensorelement beträgt in der Regel weniger als 1,27 mm (0,050 Zoll). Da der aktive Sensor 7 positionsempfindlich ist, ist dieser sich ergebende Spalt ein wichtiger Aspekt der Erfindung.
In Bezug auf 2 sind die Komponenten, die in dem Kunststoffeinsatz 5 angeordnet sind, gezeigt. Diese Komponenten umfassen die Verbindungsklemmen 3, 4, den Kondensator 6 und das Gehäuse das aktiven Sensorelements 7. Der Kunststoffeinsatz 5 enthält einzigartige Merkmale, um das Sensorelementgehäuse und die zwei Klemmen zu positionieren. Zwei Einrichtungen an dem Kunststoffeinsatz positionieren das Sensorelementgehäuse. Eine kleine Nase 5C stellt einen festen Anschlag für den Schlitz 7A an dem Sensorelementgehäuse bereit. Zusätzlich richtet sich die Ebene 7B an dem Sensorelementgehäuse nach der Ebene 5D an dem Kunststoffeinsatz aus. Dieses Orientierungsmerkmal optimiert die Sensorleistung für eine gegebene Sensorringgeometrie. Eine Tasche oder ein Schlitz 5E in dem Kunststoffeinsatz stellt die Positionierungseinrichtung für den Kondensator 6 bereit. Die Klemmen 3, 4 werden in dem Kunststoffeinsatz von der Schnappeinrichtung 5A festgehalten.
Die Komponenten des Einsatzaufbaus werden wie folgt zusammengebaut. Zuerst wird der Kondensator 6 in die Tasche 5E des Kunststoffeinsatzes 5 platziert. Als Nächstes werden die beiden Klemmen 3, 4 durch die Löcher 5B in den Kunststoffeinsatz 5 eingesetzt und schnappen in die Schnapprückhalteeinrichtungen 5A des Kunststoffeinsatzes. Das Sensorgehäuse 7 wird dann in den Boden des Kunststoffeinsatzes 5 eingesetzt und gemäß den Einrichtungen 5C, 5D orientiert. Die Anschlüsse des Sensorelementgehäuses und des Kondensators können an die Klemmen widerstandsgeschweißt oder durch jedes bekannte angemessene Verfahren angebracht und elektrisch verbunden werden. Der Vorteil der vorliegenden Anordnung umfasst die relativ robuste Verbindung zwischen den Klemmen 3, 4 und dem Sensor 7, die mit den feinen Drahtspulen des Stands der Technik nicht möglich ist. Zusätzliche Löcher in dem Kunststoffeinsatz können verwendet werden, um den Einsatzaufbau in der Form zu positionieren.
3 erläutert eine Schnittansicht der fertigen Sensorkappe. Der thermoplastische Sensorkörper 1 schließt die Sensorkomponenten ein und bildet den Verbinderhohlraum 1C. Der Kunststoffeinsatz 5 enthält die Verbinderklemmen 3, 4, das Gehäuse des aktiven Sensorelements 7 und den Kondensator 6. Der zusammengebaute Einsatz und der Metallbefestigungsring 2 werden in dem unteren Abschnitt der Form positioniert, so dass der aktive Sensor 7 an einem vorbestimmten Ort relativ zu dem Flansch 2B benachbart zu dem Metallring 2 positioniert ist. Dieses Verfahren, den Sensor präzise zu positionieren, positioniert den Sensor 7 im Bezug auf das Geberrad oder den Sensorring 17 nach dem Anbau des Sensorkappenkörpers 1 an den Radlageraufbau.
Während des Spritzprozesses weist der untere Abschnitt der Form Stifte auf, die sich in die Löcher des Einsatzaufbaus positionieren, um den Einsatzaufbau feststehend zu halten. Der untere Abschnitt der Form weist auch ein Merkmal auf, das den Flansch 2B des Metallrings 2 positioniert. Der untere Abschnitt der Form stellt auch die Gestalt für das Innere der Sensorkappe bereit. Die rechten und linken Seiten der Form stellen die Gestalt des Äußeren der Sensorkappe bereit. Ein weiterer Formeinsatz stellt die Gestalt des Verbinderhohlraums 1C bereit. Die zwei Formhälften werden geschlossen und der Thermoplast für den Körper 1 wird in die Form eingespritzt. Wenn der Spritzprozess abgeschlossen ist, wird ein fertiges Teil aus der Form entfernt. Das thermoplastische Material wird am Äußeren des Metallringabschnitts 1A und an der Unterseite des Metallringabschnitts 1B abgeschnitten. Das thermoplastische Material versiegelt den Sensorhohlraum gegenüber der äußeren Umgebung. Die Länge des potentiellen Undichtigkeitspfads für Verunreinigungen von dem Äußeren der Sensorkappe in das Innere des Sensor-/Lagerhohlraums wird durch die Länge des thermoplastischen Materials 1, das den Metallbefestigungsring 2 umgibt, maximiert.

Claims

Drehzahlsensorvorrichtung mit: einem Sensor (7); zwei Klemmen (3, 4), die elektrisch mit den Ausgangsanschlüssen des Sensors (7) verbunden sind; einer Kappe (1), die einstückig um den Sensor (7) und die Klemmen (3, 4) herum geformt ist und einen Positionierungsflansch (2B) bereitstellt, durch den die Drehzahlsensorvorrichtung auf einer Nabe (11) positioniert werden kann, wobei der Sensor (7) einen vorbestimmten Abstand zu einem Geberrad (17) aufweist, das an einer Spindel (13) befestigt ist, die relativ zu der Nabe (11) rotierbar ist; gekennzeichnet durch einen Einsatz (5), der mit einem ersten Positionierungsmittel (5C, 5D) zum Positionieren des Sensors (7) in eine vorbestimmte Position in den Einsatz (5) und einem zweiten Positionierungsmittel (5A, 5B) zum Positionieren der Klemmen (3, 4) in dem Einsatz (5) gebildet ist, wobei der Einsatz (5) zusammen mit dem Sensor (7) und den Klemmen (3, 4) in der Kappe (1) einstückig umspritzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Positionierungsmittel einen im Allgemeinen zylindrischen Abschnitt des Einsatzes umfasst, wobei eine Positionierungsnase (5C) darauf ausgebildet ist und mit einer entsprechenden Rille (7A) in dem Sensor (7) in Eingriff steht, wobei die Nase (5C) und die Rille (7A) positioniert sind, um den Sensor (7) in der vorbestimmten Position zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der im Allgemeinen zylindrische Abschnitt eine flache Positionierungsseite (5D) aufweist, die daran ausgebildet ist und eine entsprechende flache Seite (7B) des Sensors (7) berührt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Positionierungsmittel zwei Halterasten (5A) zum Festhalten der Klemmen (3, 4) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einsatz (5) des Weiteren ein Positionierungsmittel (5E) zum Positionieren eines Kondensators (6) in Kontakt mit den Klemmen (3, 4) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das weitere Positionierungsmittel einen Querschlitz (5E) benachbart zu den Klemmen (3, 4) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Flansch (2B) an einem in der Kappe (1) ausgebildeten kreisringförmigen Befestigungsring (2) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Befestigungsring (2) und der Flansch (2) durch ein Metallelement vorgesehen sind, das auf der Oberfläche der Kappe (1) freiliegt.
Verfahren zum Anfertigen einer Drehzahlsensorvorrichtung mit den Schritten des Spritzens einer Kappe (1) um einen Drehzahlsensor (7) und zwei Klemmen (3, 4) herum, wobei die Kappe (1) gespritzt wird, um einen Positionierungsflansch (2B) bereitzustellen, durch den die Drehzahlsensorvorrichtung auf einer Nabe (11) positioniert werden kann, wobei der Sensor (7) mit einem vorbestimmten Abstand von dem Geberrad (17) an der Nabe (11) befestigt wird; dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) und die Klemmen (3, 4) zuerst in dem jeweiligen Positionierungsmittel (5C, 5D; 5A, 5B) eines Einsatzes (5) positioniert werden, und die Kappe (1) dann um den Einsatz (5) und die darin positionierten Sensor (7) und Klemmen (3, 4) herum einstückig geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Kondensator (6) ebenfalls in dem Einsatz (5) positioniert wird, bevor das Formen der Kappe (1) durchgeführt wird.