Titel

Sensoreinheit für ein Fahrzeug Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Sensoreinheit für ein Fahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1. Aktuell werden Raddrehzahlsensoren mit Sensorkabeln, die Leiter aus Kupfer und/oder Kupferlegierungen (Cu-alloy) aufweisen, für ABS/ASR/ESP Anwendungen im Automobil- und Motorradbau eingesetzt. Eine solche Sensoranordnung für ein Fahrzeug umfasst in der Regel einen Sensor, einen Anschlussstecker und ein Sensorkabel, welches den Sensor mit dem Anschlussstecker verbindet. Das Sensorkabel weist einen Kabelmantel und zwei innerhalb des Kabelmantels angeordnete verseilte Anschlusskabel auf, welche jeweils einen in einer Isolierung angeordneten Leiter mit einer Mehrzahl von verseilten Einzeldrähten umfassen.

Die Verbindung der elektrischen Leiter auf Stecker- und Sensorseite erfolgt bei- spielsweise durch Schweißen, Crimpen oder Löten mit anschließender Umsprit- zung mit Kunststoff auf der Sensorseite und auf der Steckerseite. Die Steckerseite kann je nach Kundenwunsch auch mit einem montierten Stecker ausgeführt werden, welcher aus Pin, Einzeladerabdichtung, Steckergehäuse und Verrastung besteht. In diesem Fall erfolgt kein Umspritzen mit Kunststoff.

In der Patentschrift DE 197 22 507 B4 werden beispielsweise ein Verfahren zum Verbinden eines Anschlusses einer integrierten Schaltung mit einer Litze, eine korrespondierende integrierte Schaltung und ein Drehzahlsensor mit einer solchen integrierten Schaltung beschrieben. Der beschriebene Drehzahlsensor um- fasst die integrierte Schaltung, ein mit der Schaltung verbundenes Messelement und ein zweiadriges Sensorkabel zur elektrischen Kontaktierung der integrierten Schaltung.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Sensoreinheit für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass das Gesamtgewicht des elektrischen Sensorkabels pro Meter durch die reduzierten Masseanteile reduziert werden kann. Dadurch steuern Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise einen Beitrag zur Gesamtfahrzeugmassereduzierung und somit zum reduzierten C02-Ausstoss bei. Des Weiteren wird durch die reduzierten Masseanteile in vorteilhafter Weise der Einsatz von Ressourcen, Rohstoffen und Energie pro Meter bei vergleichbarer Gesamtmeterlänge reduziert. Zudem wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Sensorkabels eine vergleichbare Biegewechselfestigkeit für dynamische Biegewechsellast im Vergleich zu am Markt vorhandenen Sensorkabeln bewirkt.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Sensoreinheit für ein Fahrzeug zur Verfügung, welche einen Sensor, einen Anschlussstecker und ein Sensorkabel umfasst, welches den Sensor mit dem Anschlussstecker verbindet. Das Sensorkabel weist einen Kabelmantel und zwei innerhalb des Kabelmantels verseilt angeordnete Anschlusskabel auf, welche jeweils einen in einer Isolierung angeordneten Leiter mit einer Mehrzahl von verseilten Einzeldrähten umfassen, welche vorzugsweise aus Kupfer hergestellt sind. Erfindungsgemäß sind Anzahl und Durchmesser der Einzeldrähte so gewählt, dass die in der Isolierung angeordneten Leiter jeweils einen Querschnitt im Bereich von 0,3 bis 0,38mm ² , vorzugsweise von 0,35mm ² , aufweisen, wobei die Verseilung der Einzeldrähte eine Schlaglänge im Bereich von 8 bis 21 mm, vorzugsweise von 8 bis 13mm oder von 15 bis 20mm, aufweist, und die Verseilung der beiden Anschlusskabel eine Schlaglänge im Bereich von 20 bis 35mm, vorzugsweise von 30 bis 35mm, aufweist. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können vorzugweise zur Erfassung von Drehbewegungen eingesetzt werden. Selbstverständlich können auch andere physikalische und/oder chemische Messgrößen erfasst werden. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des elektrischen Sensorkabels mit zwei

Anschlusskabeln und der vorgebbaren Anzahl von Kupfereinzeldrähten und de- ren Verseilung, sowie der Verseilung der beiden Anschlusskabel ist es möglich, bei reduziertem Querschnitt der Leiter, eine ähnliche bzw. bessere Biegewech- selsteifigkeit für dynamische Biegewechsellast zu erreichen, als mit bekannten Sensorkabeln, so dass entsprechende Anforderungen an die Biegewechselstei- figkeit erfüllt werden können. Durch die Auslegung der Schlagzahlen der Einzeldrahtverseilung und der Anschlusskabelverseilung kann eine Steifigkeit des elektrischen Sensorkabels erreicht werden, welche den Steifigkeiten der bekannten Sensorkabeln ähnlich ist, so dass auch entsprechende Anforderungen an die Steifigkeit erfüllt werden können.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Sensoreinheit für ein Fahrzeug möglich.

Besonders vorteilhaft ist, dass ein in der Isolierung angeordneter Leiter 16 bis 45 Einzeldrähte, vorzugsweise 19 Einzeldrähte oder 37 Einzeldrähte umfasst. Hierbei kann ein Einzeldraht einen Durchmesser im Bereich von 0,08 bis 0, 16mm, vorzugsweise von 0, 1 oder 0, 16mm, aufweisen. Durch die Verwendung von 19 Einzeldrähten mit einem Durchmesser von 0,16mm oder von 37 Einzeldrähten mit einem Durchmesser von 0, 1 mm können in vorteilhafter Weise standardisierte Leitungen eingesetzt werden, so dass Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoreinheit besonders kostengünstig hergestellt werden können.

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit sind die Einzeldrähte des jeweiligen Leiters verzinnt oder blank ausgeführt. Durch die blanke Ausführung der Einzeldrähte können die eingesetzten Materialvarianten in vorteilhafter Weise reduziert werden. Ein Leiter mit blanken Einzeldrähten weist eine Isolierung aus strahlenvernetztem Polyethylen (XLPE) auf. Das XLPE- Isolationsmaterial erreicht erst nach einem nachfolgenden Vernetzungsprozess seine endgültigen Materialeigenschaften. Ein Leiter mit verzinnten Einzeldrähten weist eine Isolierung aus Ethylenvinylacetat (EVA) auf.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit beträgt die Wandstärke der Isolierung der Anschlusskabel mindestens 0,24mm, um eine ausreichende elektrische Isolation und zu gewährleisten. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit weisen die beiden Anschlusskabel jeweils einen Durchmesser im Bereich von (1 ,08 bis 1 ,46mm) +/- 0,05mm, vorzugsweise von 1 ,42mm +/- 0,05mm, auf. Der Kabelmantel des Anschlusskabels ist beispielsweise aus hydrolysebeständigem Polyurethan (PUR) hergestellt und weist einen Durchmesser im Bereich von 3,4 bis 4, 1 mm, vorzugsweise von 4,0mm, auf. Zur Gewährleistung einer ausreichenden elektrischen Isolation beträgt die Wandstärke des Kabelmantels mindestens 0,45mm.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit.

Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch ein Sensorkabel für die erfindungsgemäße Sensoreinheit aus Fig. 1 , gemäß einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch ein Sensorkabel für die erfindungsgemäße Sensoreinheit aus Fig. 1 , gemäß einem dritten und vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung

Aus dem Stand der Technik sind Sensorkabel bekannt, welche bei einem Einsatz von Kupferdrähten zwei Leiter mit einem Leiterquerschnitt von jeweils 0,5mm ² aufweisen. Der Außendurchmesser des Sensorkabels beträgt in Abhängigkeit vom Hersteller 5mm oder 4.3mm. Für höher biegewechselfeste Anwendungen werden Leiter aus Kupferlegierungen eingesetzt, welche in Abhängigkeit vom Hersteller einen Querschnitt von 0,25mm ² und 0,3mm ² aufweisen. Die 28 Einzeldrähte der Leiter weisen jeweils einen Einzeldrahtdurchmesser von 0, 16 bzw. 0,24mm auf. Die Verseilung der Einzeldrähte weist in der Regel eine Schlaglänge im Bereich von 21 bis 30mm auf, und die Verseilung der beiden Anschlusskabel weist eine Schlaglänge im Bereich von 40 bis 50mm auf.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Sensoreinheit 1 , Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein Sensorkabel 10 für die erfindungsgemäße Sensoreinheit 1 aus Fig. 1 , gemäß einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch ein Sensorkabel 10' für die erfindungsgemäße Sensoreinheit 1 aus Fig. 1 , gemäß einem dritten und vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist umfasst eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 für ein Fahrzeug einen Sensor 3, einen Anschlussstecker 9 und ein Sensorkabel 10, 10', welches den Sensor 3 mit dem Anschlussstecker 9 verbindet. Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, ist das Sensorkabel 10, 10' mit Befestigungselementen 5, 7 in montierter, aufgezogener oder gespritzter Form (direkt oder indirekt) bestückt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Befestigungselemente 5, 7 als gespritzte Kabeltüllen ausgeführt.

Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, weist das Sensorkabel 10, 10' einen Kabelmantel 18 und zwei innerhalb des Kabelmantels 18 verseilt angeordnete Anschlusskabel A, B, A', B' auf, welche jeweils einen in einer Isolierung 16.1 , 16.2, 16.1 ', 16.2' angeordneten Leiter 12.1 , 12.2, 12.1 , 12.2 mit einer Mehrzahl von verseilten Einzeldrähten 14.1 , 14.2, 14.1 ', 14.2' umfassen, welche vorzugsweise aus Kupfer hergestellt sind.

Erfindungsgemäß sind Anzahl und Durchmesser D3 der Einzeldrähte 14.1 , 14.2, 14.1 ', 14.2' so gewählt, dass die in der Isolierung 16.1 , 16.2, 16.1 ', 16.2' angeordneten Leiter 12.1 , 12.2, 12.1 ', 12.2' jeweils einen Querschnitt im Bereich von 0,3 bis 0,38mm ² , vorzugsweise von 0,35mm ² , aufweisen, wobei die Verseilung der Einzeldrähte 14.1 , 14.2, 14.1 ', 14.2' eine Schlaglänge im Bereich von 8 bis 21 mm, vorzugsweise von 8 bis 13mm oder von 15 bis 20mm, aufweist, und die Verseilung der beiden Anschlusskabel A, B, A', B' eine Schlaglänge im Bereich von 20 bis 35mm, vorzugsweise von 30 bis 35mm aufweist. Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, weisen ein erstes und zweites Ausführungsbeispiel des Sensorkabels 10 in der Isolierung 16.1 , 16.2 angeordnete Leiter 12.1 , 12.2 auf, die jeweils 37 Einzeldrähte 14.1 , 14.2 umfassen und einen Querschnitt von 0,35mm ² aufweisen. Der Einzeldrahtdurchmesser D3 beträgt bei den dargestellten Ausführungsbeispielen 0,1 mm.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Einzeldrähte 14.1 blank, d.h. nicht verzinnt, und werden nach der Verseilung mit einem XLPE- Isolationsmaterial 16.1 beschichtet, welches durch einen nachfolgenden Vernet- zungsprozess seine endgültigen Materialeigenschaften erreicht.

Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel sind die Einzeldrähte 14.2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel jedoch verzinnt, um die Leiter 12.2 nach der Verseilung mit einem EVA-Isolationsmaterial 16.2 beschichten zu können.

Die Schlaglänge der Verseilung der Einzeldrähte 14.1 , 14.2 liegt bei beiden Ausführungsbeispielen vorzugsweise zwischen 8 und 13mm. Die mit XLPE- Isolationsmaterial 16.1 oder EVA-Isolationsmaterial 16.2 ummantelten Einzelleiter 14.1 , 14.2 bilden das erste und zweite Anschlusskabel A, B, welche einen Außendurchmesser D2 von 1 ,42 +/- 0.05mm aufweisen. Die nominale Wandstärke der Isolation 16.1 , 16.2 beträgt 0.33mm, die Mindestwandstärke beträgt 0.24mm. Die Schlaglänge der Verseilung der beiden Anschlusskabel A, B, beträgt vorzugsweise 30-35 mm.

Eine optimale Vergleichbarkeit der Eigenschaften Biegewechselfestigkeit und Steifigkeit wurde mit einer Schlaglänge der Einzelleiterverseilung von 8mm und einer Schlaglänge der Anschlusskabelverseilung von 35mm erreicht. Der Nachweis der Vergleichbarkeit, für eine größere Schlaglänge der Einzelleiterverseilung bis 13mm und gleichzeitiger Verringerung der Anschlusskabelverseilung auf 30mm, ist im Rahmen von Erprobungen gegeben. Die verseilten Anschlusskabel A, B sind mit hydrolysebeständigem PUR-Isolationsmaterial 18 mit einer Shore- härte 95A ummantelt. Der Außendurchmesser der Ummantelung 18 beträgt 4,0mm mit einem Toleranzbereich je nach Hersteller von max. +/- 0, 15mm bis +0.1/-0.2. Die nominale Wandstärke beträgt 0.58mm, die minimale Wandstärke beträgt 0.45mm. Wie aus Fig. 3 weiter ersichtlich ist, weisen ein drittes und viertes Ausführungsbeispiel des Sensorkabels 10' in der Isolierung 16.1 , 16.2 angeordnete Leiter 12.1 ', 12.2' auf, die jeweils 19 Einzeldrähte 14.1 ', 14.2' umfassen und einen Querschnitt von 0,35mm ² aufweisen. Der Einzeldrahtdurchmesser D3 beträgt bei den dargestellten Ausführungsbeispielen 0, 16 mm.

Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel sind die Einzeldrähte 14.1 ' blank, d.h. nicht verzinnt, und werden nach der Verseilung mit dem XLPE-Isolationsmaterial 16.1 beschichtet, welches durch einen nachfolgenden Vernetzungsprozess seine endgültigen Materialeigenschaften erreicht.

Im Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel sind die Einzeldrähte 14.2' gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel jedoch verzinnt, um die Leiter 12.2' nach der Verseilung mit dem EVA-Isolationsmaterial 16.2 beschichten zu können.

Die Schlaglänge der Verseilung der Einzeldrähte 14.1 ', 14.2' liegt bei beiden Ausführungsbeispielen vorzugsweise zwischen 15 und 20mm. Die mit XLPE- Isolationsmaterial 16.1 oder EVA-Isolationsmaterial 16.2 ummantelten Einzelleiter 14.1 ', 14.2' bilden analog zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel das erste und zweite Anschlusskabel Α', B', welche einen Außendurchmesser D2 von

1 ,42 +/- 0.05mm aufweisen. Die nominale Wandstärke der Isolation 16.1 , 16.2 beträgt ebenfalls 0.33mm, die Mindestwandstärke beträgt 0.24mm. Die Schlaglänge der Verseilung der beiden Anschlusskabel Α', B', beträgt vorzugsweise 30- 35 mm.

Eine optimale Vergleichbarkeit der Eigenschaften Biegewechselfestigkeit und Steifigkeit wurde mit einer Schlaglänge der Einzelleiterverseilung von 15mm und einer Schlaglänge der Anschlusskabelverseilung von 35mm erreicht. Der Nachweis, für eine größere Schlaglänge der Einzelleiterverseilung bis 20mm und gleichzeitiger Verringerung der Anschlusskabelverseilung auf 30mm ist im Rahmen von Erprobungen gegeben. Die verseilten Anschlusskabel A', B' sind analog zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel mit hydrolysebeständigem PUR- Isolationsmaterial 18 mit einer Shorehärte 95A ummantelt. Der Außendurchmesser der Ummantelung 18 ist 4,0mm mit einem Toleranzbereich je nach Hersteller von max. +/- 0, 15mm bis +0.1/-0.2. Die nominale Wandstärke beträgt 0.58mm, die minimale Wandstärke beträgt 0.45mm. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können als Raddrehzahlsensoren für ABS/ASR/ESP Anwendungen im Automobil- und Motorradbau eingesetzt werden, um das Gesamtgewicht des elektrischen Sensorkabels pro Meter durch die reduzierten Masseanteile zu reduzieren. Dadurch steuern Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise einen Beitrag zur Gesamtfahrzeugmassereduzierung und somit zum reduzierten C02-Ausstoss bei. Des Weiteren wird durch die reduzierten Masseanteile in vorteilhafter Weise der Einsatz von Ressourcen, Rohstoffen und Energie pro Meter bei vergleichbarer Ge- samtmeterlänge reduziert. Zudem wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Sensorkabels eine vergleichbare Biegewechselfestigkeit für dynamische Biegewechsellast im Vergleich zu am Markt vorhandenen Sensorkabeln bewirkt