EP1864090A1 - Magnetfeldsensor - Google Patents

Magnetfeldsensor

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Publication number
EP1864090A1
EP1864090A1 EP06707852A EP06707852A EP1864090A1 EP 1864090 A1 EP1864090 A1 EP 1864090A1 EP 06707852 A EP06707852 A EP 06707852A EP 06707852 A EP06707852 A EP 06707852A EP 1864090 A1 EP1864090 A1 EP 1864090A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
holder
magnetic field
sensor element
field sensor
recess
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06707852A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Moerbe
Matthias Waibler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/24—Housings ; Casings for instruments
    • G01D11/245—Housings for sensors

Definitions

  • the invention relates to a magnetic field sensor, in particular a speed and / or direction of rotation sensor for a vehicle or for the drive train of a vehicle according to the preamble of claim 1, as has become known for example from DE 101 29 222 A.
  • This document discloses a magnetic field sensor with a support element made of metal, on which a holder for a sensor element is fixed in a predetermined position. About the type of positioning of the sensor element in the holder makes the document no further details. For this purpose, it is merely stated that the holder is hermetically enclosed by an encapsulation together with the sensor element inserted therein.
  • a wheel bearing sensor for measuring rotational or angular movements is known, the sensor housing encapsulated together with the sensor head as a unit.
  • a sensor element is applied to a carrier serving as a permanent magnet and embedded together with this in the potting compound, with the risk that the sensor element is damaged during the wrapping with plastic by the stresses or deformations occurring.
  • the invention has for its object to provide a magnetic field sensor, which is characterized on the one hand by very small tolerances in the positioning of the sensor element and on the other hand the risk of damage to the Sensor element avoids the occurring in the plastic cladding thermal and mechanical loads.
  • the characterizing features of claim 1 wherein the positioning of the sensor element in a pocket-like recess of the holder on the one hand exact positioning is ensured and on the other hand mechanical stresses during encapsulation of the holder with the sensor element by its support in the recess are largely excluded ,
  • the sensor element is formed as a flat IC chip component and placed in a correspondingly shaped, extending substantially perpendicular to the axial direction of the sensor recess, because in this case a particularly good support and exact positioning are made possible by the flat large areas of the sensor element
  • the holder has a preferably slot-like opening for introducing the sensor element into the recess, so that the sensor element is inserted into the recess with little play and can be positioned by the support of its connection lines at the edge of the slot-shaped opening without further aids.
  • the arrangement of the recess for the sensor element immediately behind the reading surface of the finished magnetic field sensor, the air gap between the sensor element and an associated encoder is minimized.
  • the holder itself is preferably injection molded from thermoplastic material and expediently has at least in the region of the sensor element fuser ribs, whereby a good connection between the holder and the outer potting compound and an exact positioning and locking are ensured in the potting compound.
  • the holder in the axial direction next to the recess for the sensor element a molded clamp for the Receiving a magnet and optionally an associated diffuser for the generation of the sensor field has, since in this case the sensor element can be locked directly in the recess by the magnet and optionally the lens in the axial direction of the holder without additional further holding elements.
  • Figure 1 is a view of the magnetic field sensor according to the invention, partly in section, and
  • FIG. 2 shows a view of the underside of the magnetic field sensor shown in Figure 1.
  • FIG. 1 denoted by 10 is a magnetic field sensor, which as a whole is encapsulated with a sheathing 12 made of thermoplastic material. Inside, there is a holder 14, likewise injection-molded from thermoplastic material, which has melting ribs 16 for secure integration of the holder 14 into the casing 12.
  • the thermoplastic used for both the casing 12 and the holder 14 is the same polyamide material.
  • connection-side end of the holder 14 two connecting cables 18 and 20 are injected, the stripped ends are connected by means of a respective crimp connection 21 with fittings 22 and 24. These fittings are initially in one piece to facilitate the positioning of the electrical connection parts and then by the separation of the connecting parts 26, 28 against each other electrically isolated.
  • the free ends of the connecting pieces 22 and 24 are connected in the region of a window-like opening 33 in the holder 14 by welding or soldering with connecting leads 30 and 32 of an IC sensor element 34. To suppress voltage peaks, the connection lines 30 and 32 are bridged by a capacitor 36.
  • the magnetic field sensor whose so-called read side, which is arranged adjacent to a donor, not shown in the drawing, for example, an alternately provided with teeth and tooth gaps ferromagnetic encoder wheel.
  • the magnetic field necessary for detecting the position of such a donor wheel is generated by a permanent magnet 38 and an associated lens 40.
  • the permanent magnet 38 and the lens 40 are laterally positioned and locked by two elastically deflectable arms 42 and 44 of the holder 14.
  • the permanent magnet 38 and the lens 40 are arranged between a projection 46 of the holder 14 and the reading-side end wall 48 that the sensor element 34 with a small clearance through a slot-shaped opening 49 in the space between the lens 40 and the Front wall 48 fits.
  • the sensor element 34 is in turn positioned and supported at the upper end by the bent ends of its connecting lines 30 and 32 and at its lower edge and on both sides by an axially projecting edge 52 on the end wall 48.
  • the holder 14 is thus designed in the region of the sensor element 34 such that it rests in the pocket-like recess 50 with the reading side on the inside of the end wall 48, the outside of the plastic envelope is applied to the not visible in the drawing tool wall, whereby the IC Sensor element 34 is supported on its entire large area. This results in a non-deformable position of the sensor element 34 in the holder 14, so that when spraying the outer sheath 12 of the sensor 10, even at high pressures and high friction during filling of the injection tool no distortion or deformation of the IC sensor element 34 occur and this is thus safely protected next to accurate positioning against damage.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Es wird ein Magnetfeldsensor vorgeschlagen, insbesondere ein Drehzahl- und/oder Drehrichtungssensor für ein Fahrzeugrad oder für den Triebstrang eines Fahrzeuges, welcher einen Halter für ein Sensorelement und gegebenenfalls weitere Sensorbauteile aufweist. Der Halter ist als Kunststoff-Spritzteil ausgeführt und besitzt eine taschenartige Aussparung im Bereich seiner leseseitigen Stirnfläche, in welcher das Sensorelement bei der abschließenden Umspritzung mit Kunststoff zumindest in Spritzdruckrichtung abgestützt und somit gegen mechanische Beschädigung sicher geschützt ist.

Description

Magnetfeldsensor
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Magnetfeldsensor, insbesondere einen Drehzahl- und/oder Drehrichtungssensor für ein Fahrzeugrad oder für den Triebstrang eines Fahrzeuges nach der Gattung des Anspruches 1, wie er beispielsweise aus der DE 101 29 222 A bekannt geworden ist. Diese Druckschrift offenbart einen Magnetfeldsensor mit einem Trägerelement aus Metall, an welchem ein Halter für ein Sensorelement in einer vorgegebenen Position fixiert ist. Über die Art der Positionierung des Sensorelementes in dem Halter macht die Druckschrift keine näheren Angaben. Hierzu ist lediglich ausgeführt, dass der Halter zusammen mit dem darin eingesetzten Sensorelement von einer Umspritzung hermetisch umschlossen ist.
Weiterhin ist aus der DE 195 32 328 A ein Radlagersensor zum Messen von Dreh- oder Winkelbewegungen bekannt, dessen Sensorgehäuse zusammen mit dem Sensorkopf als Einheit vergossen, ist. Hierbei ist ein Sensorelement auf einen als Träger dienenden Permanentmagneten aufgebracht und gemeinsam mit diesem in die Vergussmasse eingebettet, wobei die Gefahr besteht, dass das Sensorelement während des Umhüllens mit Kunststoff durch die auftretenden Spannungen oder Deformationen beschädigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetfeldsensor zu schaffen, welcher sich einerseits durch sehr geringe Toleranzen bei der Positionierung des Sensorelementes auszeichnet und andererseits die Gefahr von Schäden am Sensorelement durch die bei der Kunststoffumhüllung auftretenden thermischen und mechanischen Belastungen vermeidet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1, wobei durch die Positionierung des Sensorelementes in einer taschenartigen Aussparung des Halters einerseits eine exakte Positionierung gewährleistet wird und andererseits mechanische Beanspruchungen beim Umspritzen des Halters mit dem Sensorelement durch dessen Abstützung in der Aussparung weitestgehend ausgeschlossen sind. Dies gilt insbesondere, wenn das Sensorelement als flaches IC-Chip-Bauelement ausgebildet und in eine entsprechend gestaltete, im Wesentlichen senkrecht zur Achsrichtung des Sensors verlaufende Aussparung eingebracht ist, weil hierbei durch die ebenen Großflächen des Sensorelementes eine besonders gute Abstützung und exakte Positionierung ermöglicht werden. Der Halter weist eine vorzugsweise schlitzartige Öffnung zum Einbringen des Sensorelementes in die Aussparung auf, so dass das Sensorelement mit geringem Spiel in die Aussparung eingebracht und durch die Abstützung seiner Anschlussleitungen am Rand der schlitzförmigen Öffnung ohne weitere Hilfsmittel positionierbar ist.
Durch die Anordnung der Aussparung für das Sensorelement unmittelbar hinter der Lesefläche des fertigen Magnetfeldsensors wird der Luftspalt zwischen dem Sensorelement und einem zugehörigen Geber minimiert. Der Halter selbst ist vorzugsweise aus thermoplastischem Kunststoff gespritzt und weist zweckmäßigerweise zumindest im Bereich des Sensorelementes Anschmelzrippen auf, wodurch eine gute Verbindung zwischen dem Halter und der äußeren Vergussmasse sowie eine exakte Positionierung und Arretierung in der Vergussmasse gewährleistet sind.
In konstruktiver Hinsicht hat es sich weiterhin als zweckmäßig erwiesen, wenn der Halter in Achsrichtung neben der Aussparung für das Sensorelement eine angespritzte Klemmhalterung für die Aufnahme eines Magneten und gegebenenfalls einer zugehörigen Streuscheibe für die Erzeugung des Sensorfeldes aufweist, da hierbei ohne zusätzliche weitere Halteelemente das Sensorelement direkt durch den Magneten und gegebenenfalls die Streuscheibe in Achsrichtung des Halters in der Aussparung arretiert werden kann.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles .
Es zeigen:
Figur 1 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Magnetfeldsensors, teilweise im Schnitt, und
Figur 2 eine Ansicht der Unterseite des in Figur 1 dargestellten Magnetfeldsensors .
In Figur 1 ist mit 10 ein Magnetfeldsensor bezeichnet, welcher insgesamt mit einer Umhüllung 12 aus thermoplastischem Kunststoff umspritzt ist. Im Inneren sitzt ein ebenfalls aus thermoplastischem Kunststoff gespritzter Halter 14, welcher Anschmelzrippen 16 aufweist zur sicheren Einbindung des Halters 14 in die Umhüllung 12. Als thermoplastischer Kunststoff sowohl für die Umhüllung 12 wie auch für den Halter 14 dient jeweils der gleiche Polyamid-Werkstoff.
In das linke, anschlussseitige Ende des Halters 14 sind zwei Anschlusskabel 18 und 20 eingespritzt, deren abisolierte Enden mittels jeweils einer Crimp-Verbindung 21 mit Anschlussstücken 22 und 24 verbunden sind. Diese Anschlussstücke sind zunächst zur Erleichterung der Positionierung der elektrischen Anschlussteile einteilig und werden anschließend durch das Trennen der Verbindungsteile 26, 28 elektrisch gegeneinander isoliert. Die freien Enden der Anschlussstücke 22 und 24 sind im Bereich einer fensterartigen Öffnung 33 im Halter 14 durch Schweißen oder Löten mit Anschlussleitungen 30 und 32 eines IC- Sensorelementes 34 verbunden. Zur Unterdrückung von Spannungsspitzen sind die Anschlussleitungen 30 und 32 durch einen Kondensator 36 überbrückt.
In der Zeichnung befindet sich auf der rechten Seite des Magnetfeldsensors dessen sogenannte Leseseite, welche im Betrieb benachbart zu einem in der Zeichnung nicht dargestellten Geber angeordnet ist, beispielsweise einem abwechselnd mit Zähnen und Zahnlücken versehenen ferromagnetischen Geberrad. Das zur Erfassung der Position eines derartigen Geberrades notwenige magnetische Feld wird von einem Dauermagneten 38 und einer zugeordneten Streuscheibe 40 erzeugt.
Wie insbesondere Figur 2 zeigt werden der Dauermagnet 38 und die Streuscheibe 40 seitlich von zwei elastisch auslenkbaren Armen 42 und 44 des Halters 14 positioniert und arretiert. In Achsrichtung 45 des Halters 14 sind der Dauermagnet 38 und die Streuscheibe 40 derart zwischen einem Vorsprung 46 des Halters 14 und dessen leseseitiger Stirnwand 48 angeordnet, dass das Sensorelement 34 mit geringem Spiel durch eine schlitzförmige Öffnung 49 in den Zwischenraum zwischen der Streuscheibe 40 und der Stirnwand 48 hineinpasst. Das Sensorelement 34 ist seinerseits am oberen Ende durch die abgekröpften Enden seiner Anschlussleitungen 30 und 32 sowie an seiner Unterkante und auf beiden Seiten durch einen axial vorspringenden Rand 52 an der Stirnwand 48 positioniert und abgestützt. Der Halter 14 ist also im Bereich des Sensorelementes 34 derart gestaltet, dass dieses in der taschenartigen Aussparung 50 mit der Leseseite an der Innenseite der Stirnwand 48 anliegt, deren Außenseite beim Umhüllen mit Kunststoff an der in der Zeichnung nicht sichtbaren Werkzeugwand anliegt, wodurch das IC-Sensorelement 34 auf seiner gesamten Großfläche abgestützt ist. Hierdurch ergibt sich eine nicht deformierbare Lage des Sensorelementes 34 in dem Halter 14, so dass beim Spritzen der äußeren Umhüllung 12 des Sensors 10 selbst bei hohen Drücken und großer Reibung während des Füllens des Spritzwerkzeuges keine Verspannungen oder Deformationen an dem IC-Sensorelement 34 auftreten und dieses somit neben einer exakten Positionierung sicher gegen Beschädigung geschützt ist.

Claims

Ansprüche
1. Magnetfeldsensor, insbesondere Drehzahl- und/oder Drehrichtungssensor für ein Fahrzeugrad oder für den Triebstrang eines Fahrzeuges, mit einem Halter für ein Sensorelement und gegebenenfalls weitere Sensorbauteile, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (14) als Kunststoff-Spritzteil ausgeführt ist und eine taschenartige Aussparung (50) aufweist, in welcher das Sensorelement (34) angeordnet und bei einer abschließenden Kunststoffumspritzung (12) des bestückten Halters (14) zumindest in Spritzdruckrichtung abgestützt ist.
2. Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (34) als flaches IC-Chip-Bauelement ausgebildet und in eine im Wesentlichen senkrecht zur Achsrichtung (45) des Sensors (10) verlaufende Aussparung (50) eingebracht ist.
3. Magnetfeldsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (14) eine schlitzförmige Öffnung (49) zum Einbringen des Sensorelementes (34) in die Aussparung (50) aufweist .
4. Magnetfeldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (34) nach der Bestückung des Halters (14) durch seine Anschlussleitungen (30, 32) in der Aussparung (50) positioniert ist.
5. Magnetfeldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (50) unmittelbar hinter der Lesefläche (47) des Sensors angeordnet ist.
6. Magnetfeldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (14) in Achsrichtung neben der Aussparung (45) für das Sensorelement (34) eine angespitzte Klemmhalterung (42,44) für die Aufnahme eines Magneten (38) und gegebenenfalls einer Streuscheibe (40) aufweist .
7. Magnetfeldsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (34) durch den Magneten (38) und gegebenenfalls die Streuscheibe (40) in Achsrichtung (45) des Halters (14) in der Aussparung (50) arretiert ist.
8. Magnetfeldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (14) aus thermoplastischem Kunststoff besteht und zumindest im Bereich der Aussparung (50) für das Sensorelement (34) Anschmelzrippen
(16) zur Verbindung mit der äußeren Vergussmasse (12) aufweist.
9. Magnetfeldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Achsrichtung (45) über die leseseitige Stirnwand (48) der Aussparung (50) für das Sensorelement (34) überstehende Kunststoffmasse nach dem abschließenden Umspritzen abgetrennt wird.
10. Magnetfeldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Crimp-Anschluss
(22,24) für wenigstens ein Anschlusskabel (18,20) in den Halter (14) eingespritzt ist.
11. Magnetfeldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (14) und dessen äußerer Verguss (12) aus dem gleichen thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise aus Polyamid, bestehen
12. Magnetfeldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (14) im Bereich von elektrischen Anschlussstücken (22,24) für die Anschlusskabel (18,20) eine fensterartige Öffnung (33) zu den Anschlussstücken (22,24) und den Anschlussleitungen (30,32) des Sensorelementes (34) aufweist.
EP06707852A 2005-03-22 2006-01-26 Magnetfeldsensor Withdrawn EP1864090A1 (de)

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