DE10048290A1 - Induktiver Sensor - Google Patents
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Abstract
Um einen induktiven Sensor, umfassend mindestens eine in Form einer strukturierten leitenden Schicht einer Trägerplatine ausgebildete Sensorspule und eine Auswerteschaltung, welche mit der Sensorspule verbunden ist und eine mit Leiterbahnen versehene Schaltungsplatine aufweist, derart zu verbessern, daß dieser möglichst kostengünstig herstellbar ist, wird vorgeschlagen, daß die die Sensorspule tragende Trägerplatine über mindestens zwei Lötverbindungen mechanisch starr und elektrisch mit der Schaltungsplatine verbunden ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen induktiven Sensor umfassend
mindestens eine in Form einer strukturierten leitenden
Schicht einer Trägerplatine ausgebildete Sensorspule und eine
Auswerteschaltung, welche mit der Sensorspule verbunden ist
und eine mit Leiterbahnen versehene Schaltungsplatine auf
weist.
Derartige induktive Sensoren sind aus dem Stand der Technik
bekannt.
Bei diesen ist die Sensorspule ein separates, mit flexiblen
Leitungen versehenes Bauteil und diese Leitungen sind dann
mit der Schaltungsplatine der Auswerteschaltung zu verbinden,
wobei zur Montage der Sensorspule und der Auswerteschaltung
in einem Gehäuse die Sensorspule und die Auswerteschaltung
separat für sich plaziert werden oder vorvergossen als Ein
heit in das Gehäuse eingeführt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen induk
tiven Sensor der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern,
daß dieser möglichst kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einem induktiven Sensor der eingangs
beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die die
Sensorspule tragende Trägerplatine über mindestens zwei Löt
verbindungen mechanisch starr und elektrisch mit der
Schaltungsplatine verbunden ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen,
daß zwei Lötverbindungen ausreichen, um nicht nur die Sensor
spule mit der Schaltungsplatine elektrisch zu verbinden,
sondern auch gleichzeitig eine mechanische Verbindung von
Sensorspule und Schaltungsplatine zu schaffen, so daß damit
die Sensorspule und die Schaltungsplatine eine gemeinsam
handhabbare und im weiteren Fertigungsprozeß in das Gehäuse
als Einheit einsetzbare Einheit bilden.
Eine derartige Lösung schafft erhebliche Kostenvorteile bei
der Fertigung, da nicht mehr flexible Leitungen einzeln
gehandhabt und verlötet werden müssen und zusätzlich noch die
mechanische Positionierung von Sensorspule und Schaltungs
platine erfolgen muß, sondern durch zwei mechanisch starre
Lötverbindungen gleichzeitig auch eine elektrische Verbindung
herstellbar ist.
Eine Art der Ausbildung der Verbindung von Trägerplatine und
Schaltungsplatine sieht vor, daß eine der Lötverbindungen
einen von einer der Platinen abstehenden Lötfinger und eine
auf der anderen Platine angeordnete Lötfläche aufweist, wobei
eine Verbindung zwischen Lötfinger und Lötfläche durch eine
übliche Lotansammlung erfolgt.
Noch vorteilhafter ist es, wenn beide Lötverbindungen einen
von einer der Platinen abstehenden Lötfinger und eine an der
anderen Platine vorgesehene Lötfläche aufweisen.
Der Vorteil des Vorsehens eines Lötfingers an einer der
Platinen ist darin zu sehen, daß ein Lötfinger in der Regel
in einfacher Weise, beispielsweise durch Einpressen in eine
der Platinen, angeordnet werden kann und auch durch dieses
Einpressen in einfacher Weise in elektrischen Kontakt mit
einer elektrisch leitenden Schicht der Platine gebracht
werden kann.
Ein derartiger Lötfinger ist darüber hinaus in sich starr und
damit ergibt sich auch in einfacher Weise die erfindungs
gemäße mechanisch starre Lötverbindung zwischen der Träger
platine und der Schaltungsplatine.
Ein derartiger Lötfinger kann beispielsweise als Stift aus
gebildet sein. Es ist aber auch denkbar, diesen Lötfinger als
Flachmaterialstück auszubilden.
Alternativ zum Vorsehen von Lötfingern für die Lötverbin
dungen sieht ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
vor, daß eine der Lötverbindungen zwei durch Lot miteinander
verbundene Lötflächen aufweist, von denen jeweils eine auf
einer der Platinen angeordnet ist. Diese Lösung ist besonders
einfach realisierbar, da die Lötflächen in einfacher Weise
durch auf der jeweiligen Platine vorgesehene elektrisch
leitende Schichten realisiert werden können und somit ledig
lich das Lot, beispielsweise in Form einer Lotansammlung,
eine Lötfläche auf der Schaltungsplatine mit einer Lötfläche
der Trägerplatine mechanisch starr miteinander verbindet.
Damit besteht die Möglichkeit, die Trägerplatine und die
Schaltungsplatine räumlich in der gewünschten. Ausrichtung
relativ zueinander anzuordnen und lediglich durch Aufbringen
einer Lotansammlung unter Benetzung der Lötflächen nach dem
Aushärten der Lotansammlung eine mechanisch starre Verbindung
zwischen der Trägerplatine und der Schaltungsplatine zu
erhalten.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn jede der mindestens
zwei Lötverbindungen zwei durch Lot miteinander verbundene
Lötflächen aufweist, von denen jeweils eine auf einer der
Platinen angeordnet ist.
Vorzugsweise läßt sich damit die starre Verbindung in ein
facher Weise durch einen einzigen Lötvorgang, beispielsweise
durch ein Lötbad, erreichen, in welches die Trägerplatine und
die Schaltungsplatine in der gewünschten Ausrichtung relativ
zueinander eintauchen, wobei dadurch zwangsweise beide Löt
flächen benetzt werden und die sich zwischen den beiden auf
grund der Benetzung haltende Lotansammlung nach ihrem Ab
kühlen für die mechanisch starre Verbindung zwischen der
Trägerplatine und der Schaltungsplatine sorgt.
Besonders sicher läßt sich eine die Lötflächen verbindende
Lotansammlung dann erreichen, wenn die Platinen relativ
zueinander derart angeordnet sind, daß die Lötflächen im
wesentlichen aneinander angrenzen.
Vorzugsweise sind dabei die Lötflächen so angeordnet, daß
eine der Lötflächen quer zur anderen Lötfläche verläuft, so
daß sich in einfacher Weise die gewünschte Lotansammlung
zwischen diesen durch Benetzung der beiden Lötflächen aus
bilden kann.
Die Tatsache, daß die Lötflächen quer zueinander verlaufen,
schließt dabei alle spitzen Winkel bis zu einem rechten
Winkel ein.
Besonders günstig ist es dabei, wenn die Lötflächen in einem
näherungsweise rechten Winkel zueinander verlaufen, da sich
dadurch eine besonders vorteilhafte Anordnung der Träger
platine zur Schaltungsplatine für übliche Gehäuseformen
erreichen läßt, wobei außerdem noch durch den rechten Winkel
eine ausreichend stabile Verbindung der beiden Lötflächen
durch die mit diesen verbundene Lotansammlung und ein aus
reichend großes Volumen der Lotansammlung durch Bilden einer
Art Meniskus zwischen diesen beiden Lötflächen erreichbar
ist.
Hinsichtlich der Anordnung der Lötverbindungen relativ zu den
Platinen wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläute
rung der einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben
gemacht.
So wäre es beispielsweise möglich, daß eine der Lötverbin
dungen auf einer Seite einer der Platinen und die andere Löt
verbindung auf der gegenüberliegenden Seite der Platine an
geordnet ist.
Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, daß die mindestens
zwei Lötverbindungen auf einer Seite der jeweiligen Platine
angeordnet sind, so daß die mindestens zwei Lötverbindungen
in besonders einfacher Art und Weise durch Aufbringen von Lot
herstellbar sind.
Um die Qualität der mechanischen Verbindung, insbesondere im
Hinblick auf beim Abkühlen des Lots auftretende Spannungen,
zu verbessern, ist vorzugsweise vorgesehen, daß mindestens
einer auf einer Seite der jeweiligen Platine angeordneten
Lötverbindung eine auf einer gegenüberliegenden Seite der
Platine entsprechende Lötverbindung zugeordnet ist.
Diese Lösung hat den Vorteil, daß einer Lötverbindung eine
entsprechende Lötverbindung auf der gegenüberliegenden Seite
der Platine zugeordnet ist, so daß sich damit in einfacher
Weise die beim Abkühlen des Lots auftretenden Kräfte kompen
sieren lassen und im übrigen noch die Möglichkeit besteht,
die mechanische Verbindung stabiler und die elektrische Ver
bindung ausfallsicherer zu gestalten.
Hinsichtlich der Anordnung der Schaltungsplatine und der
Trägerplatine relativ zueinander wurden im Zusammenhang mit
den bisherigen Ausführungsbeispielen keine näheren Angaben
gemacht. Beispielsweise wäre es denkbar, Schaltungsplatine
und Trägerplatine mit einem Zwischenraum relativ zueinander
anzuordnen.
Besonders günstig ist es jedoch, wenn die Schaltungsplatine
und die Trägerplatine aneinander anstoßen, da damit eine
besonders stabile mechanische Verbindung zwischen den beiden
realisiert werden kann, insbesondere dadurch, daß sich durch
das aneinander Anstoßen die Schaltungsplatine und die Träger
platine aneinander abstützen.
Um vorteilhafte geometrische Verhältnisse zu erreichen, ist
günstigerweise vorgesehen, daß die Schaltungsplatine und die
Trägerplatine in einem Berührungsbereich quer zueinander ver
laufen.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Schaltungsplatine und
die Trägerplatine im Berührungsbereich ungefähr senkrecht
zueinander verlaufen.
Eine für die Gestaltung des Sensors zweckmäßige Anordnung von
Schaltungsplatine und Trägerplatine relativ zueinander sieht
vor, daß die Schaltungsplatine nahe einer senkrecht zur
Trägerplatine verlaufenden Symmetrieebene derselben ange
ordnet ist.
Hinsichtlich der Ausbildung von Schaltungsplatine und Träger
platine wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung
der einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben
gemacht. Prinzipiell könnten die Platinen gekrümmt ausge
bildet sein.
Aus Gründen der Vereinfachung ist es besonders günstig, wenn
die Schaltungsplatine als im wesentlichen ebene Platine aus
gebildet ist.
Darüber hinaus ist es ebenfalls zweckmäßig, wenn auch die
Trägerplatine als im wesentlichen ebene Platine ausgebildet
ist.
Hinsichtlich der Art der Auswerteschaltungen wurden im Zu
sammenhang mit den bisher erläuterten Ausführungsbeispielen
keine näheren Angaben gemacht. So ist es beispielsweise denk
bar, einfache Auswerteschaltungen zu verwenden, die ohne
zusätzliche Induktivität, nämlich nur mit der Sensorspule,
arbeiten.
Um die Empfindlichkeit zu steigern und insbesondere den
Temperaturgang der Spulen kompensieren zu können, ist es
besonders günstig, wenn die Auswerteschaltung mindestens eine
Referenzspule aufweist, da sich mit derartigen Auswerte
schaltungen bessere Ergebnisse erreichen lassen.
Prinzipiell könnte eine derartige Referenzspule in konven
tioneller Weise ausgebildet und beispielsweise über flexible
Leitungen mit der Auswerteschaltung verbunden sein.
Eine besonders günstige Lösung sieht jedoch vor, daß die
Referenzspule durch eine strukturierte, elektrisch leitende
Schicht der Schaltungsplatine gebildet ist, so daß sich mit
Herstellung der Schaltungsplatine auch die Referenzspule
herstellen läßt.
Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung sieht jedoch vor,
daß die Referenzspule in Form von Leiterbahnen in die
Schaltungsplatine integriert ist. Diese Lösung hat den Vor
teil, daß ein aufwendiges Verschalten der Referenzspule mit
der Auswerteschaltung nicht mehr notwendig ist, sondern daß
allein durch die Bestückung der Schaltungsplatine auch die
Referenzspule mit der Auswerteschaltung verschaltet ist.
Dies ist in unterschiedlichen Ausführungsformen realisierbar.
So sieht eine Ausführungsform vor, daß die Schaltungsplatine
mit einer in Form einer strukturierten Schicht auf der
Schaltungsplatine angeordneten Referenzspule versehen ist.
Diese Lösung ist die einfachste Lösung und schafft die Mög
lichkeit, die Referenzspule in gleicher Weise wie die Bau
teilanschlüsse auf der Schaltungsplatine aufzubringen.
Darüber hinaus hat eine derartige, als Schicht auf der
Schaltungsplatine angeordnete Referenzspule noch den Vorteil,
daß sich diese beispielsweise noch durch Schichtabtrag ab
stimmen läßt, beispielsweise dadurch, daß der Schichtabtrag
mittels eines Lasers erfolgt.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die
Referenzspule in eine Zwischenlage zwischen einer oberen und
einer unteren Lage der Schaltungsplatine integriert ist. Eine
derartige Integration der Referenzspule in eine Zwischenlage
erlaubt es, die Schaltungsplatine mit geringerer Größe aus
zuführen, da der durch die Sensorspule erforderliche Flächen
bedarf entfällt, wenn diese in einer Zwischenlage zwischen
der oberen und unteren Lage der Schaltungsplatinen, die bei
spielsweise beide mit Bauteilen bestückt sein können,
integriert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Auswerteschaltung sieht
eine mehrlagige Referenzspule vor.
Die Sensorspule kann in unterschiedlichster Art und Weise
ausgebildet sein. So ist es denkbar, die Sensorspule auf
einer Frontseite oder einer Rückseite der Trägerplatine an
zuordnen oder als Zwischenlage der Trägerplatine, so daß die
Sensorspule durch die beiderseits der Zwischenlage liegenden
Lagen geschützt ist. Es ist aber auch denkbar, die Sensor
spule mehrlagig auszubilden.
Hinsichtlich der Anordnung und Ausbildung der Sensorspule
wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der
einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben gemacht.
So ist es beispielsweise denkbar, die Sensorspule ebenfalls
mit einem auf die Trägerplatine angeordneten Ferritelement zu
versehen.
Es ist auch denkbar, auf der Trägerplatine ein Abschirm
element anzuordnen.
Besonders günstig ist eine Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Sensors dann, wenn die Sensorspule von einer auf der
Trägerplatine in Form einer strukturierten Schicht vorge
sehenen Abschirmung umgeben ist.
Eine derartige Abschirmung kann beispielsweise im einfachsten
Fall als die Sensorspule azimutal umschließende Kurzschluß
windung ausgebildet sein.
Es sind aber auch kompliziertere und jeweils an die einzelnen
Anwendungsfälle angepaßte Formen einer Abschirmung in Form
einer auf die Trägerplatine aufgebrachten Schicht realisier
bar.
Ein anderes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel, insbesondere
ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Eigenschaften der
Sensorspule anpaßbar sein sollen, sieht vor, daß auf der
Trägerplatine ein Bedämpfungselement für die Sensorspule,
umfassend eine strukturierte, elektrisch leitende Schicht auf
der Trägerplatine, angeordnet ist.
Eine derartige Lösung hat den großen Vorteil, daß mit einem
derartigen Bedämpfungselement in einfacher Weise die Eigen
schaften der Sensorspule noch durch Abstimmung an spezielle
Verhältnisse anpaßbar sind.
Besonders günstig läßt sich ein derartiges Bedämpfungselement
dann realisieren, wenn es einen auf der Trägerplatine ange
ordneten elektrischen Widerstand aufweist, der beispielsweise
auch noch abstimmbar ist, um die Bedämpfung durch das Be
dämpfungselement variieren zu können.
Um weiterhin möglichst geringen Raumbedarf zu haben, sieht
eine besonders günstige Lösung vor, daß die Trägerplatine
zusätzlich zur Sensorspule noch mit elektrischen Bauelementen
versehen ist. Derartige elektrische Bauelemente könnten bei
spielsweise im Fall induktiver Sensoren noch ein Kondensator
sein, der der Sensorspule zur Bildung eines Schwingkreises
zugeordnet ist.
Derartige zusätzliche elektronische Bauelemente könnten auf
der Frontseite der Trägerplatine angeordnet sein. Besonders
günstig ist es jedoch, wenn diese auf einer der Sensorspule
abgewandten Rückseite der Trägerplatine angeordnet sind, da
sich somit die Sensorspule möglichst dicht an einer Gehäuse
seite anordnen läßt.
Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung 3
sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der
zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele. In
der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein erstes Aus
führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors;
Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeils A in Fig. 1;
Fig. 3 eine Ansicht einer Trägerplatine des ersten Aus
führungsbeispiels in Richtung des Pfeils B in
Fig. 1;
Fig. 4 eine Draufsicht entsprechend Fig. 1 auf eine
Schaltungsplatine des ersten Ausführungs
beispiels;
Fig. 5 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungs
beispiel längs Linie 5-5 in Fig. 6;
Fig. 6 eine Seitenansicht des zweiten Ausführungs
beispiels in Richtung des Pfeils C in Fig. 5;
Fig. 7 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 eines dritten Aus
führungsbeispiels;
Fig. 8 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 eines vierten Aus
führungsbeispiels;
Fig. 9 eine Ansicht ähnlich Fig. 3 des vierten Aus
führungsbeispiels;
Fig. 10 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 eines fünften Aus
führungsbeispiels;
Fig. 11 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 eines sechsten Aus
führungsbeispiels;
Fig. 12 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 eines siebten Aus
führungsbeispiels;
Fig. 13 eine Ansicht ähnlich Fig. 6 eines achten Aus
führungsbeispiels;
Fig. 14 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 eines neunten Aus
führungsbeispiels und
Fig. 15 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 eines zehnten Aus
führungsbeispiels.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen induk
tiven Sensors, dargestellt in Fig. 1, welcher beispielsweise
als Näherungsschalter zum Erkennen eines sich annähernden
Objekts 10 arbeitet, umfaßt eine Trägerplatine 12, auf
welcher eine als Ganzes mit 14 bezeichnete Sensorspule an
geordnet ist, die, wie in Fig. 2 dargestellt, als auf einer
Frontseite 16 der Trägerplatine angeordnete strukturierte,
spiralförmige Schicht 18 ausgebildet ist, welche von einem
inneren Anschluß 20 sich zu einem Mittelpunkt 22 spiralförmig
erweitert und in einem äußeren Anschluß 24 endet.
Vorzugsweise haben dabei die einzelnen Windungen der spiral
förmig vom inneren Anschluß 20 zum äußeren Anschluß 24 ver
laufenden Schicht 18 radial zum Mittelpunkt 22 ungefähr die
selbe Breite und außerdem radial zum Mittelpunkt 22 ungefähr
denselben Abstand voneinander.
Der innere Anschluß 20 ist durch die Trägerplatine 12
hindurchkontaktiert zu einer auf einer Rückseite 26 der
Trägerplatine 12 angeordneten ersten Kontaktschicht 28,
welche eine von dem inneren Anschluß 20 radial zum Mittel
punkt 22 nach außen verlaufende Leiterbahn 30 und einen
ersten Kontaktierungsbereich 32 aufweist, der seinerseits
eine erste Lötfläche 34 bildet.
Ferner ist der äußere Anschluß 24 ebenfalls durch die Träger
platine 12 hindurchgeführt und direkt mit einer zweiten, auf
der Rückseite 26 vorgesehenen Kontaktschicht 38 verbunden,
welche mit einem zweiten Kontaktierungsbereich 42 eine zweite
Lötfläche 44 bildet.
Vorzugsweise erstrecken sich die Kontaktierungsbereiche 32
und 42 mit den Lötflächen 34 und 44 symmetrisch zu einer
durch den Mittelpunkt 22 hindurch verlaufenden und senkrecht
zu der Frontseite 16 und der Rückseite 26 ausgerichteten
Symmetrieebene 46 der Trägerplatine 12, wie in Fig. 3 dar
gestellt.
Ferner umfaßt der induktive Sensor, wie in Fig. 1 und 4 dar
gestellt, eine als Ganzes mit 50 bezeichnete Auswerte
schaltung, welche auf einer Schaltungsplatine 52 angeordnete
elektronische Bauteile 54, wie Widerstände, Kondensatoren und
Halbleiterbauelemente, aufweist, die durch zeichnerisch nicht
dargestellte Leiterbahnen der Schaltungsplatine 52 mitein
ander zur Realisierung der gewünschten Schaltfunktionen ver
bunden sind.
Die Schaltungsplatine 52 erstreckt sich dabei vorzugsweise in
einer Längsrichtung 55 und weist eine der Trägerplatine 12
zugewandte Frontkante 56 auf, sowie eine dieser gegenüber
liegende rückseitige Kante 58.
An die Frontkante 56 unmittelbar angrenzend sind symmetrisch
zu einer parallel zur Längsrichtung 55 verlaufenden Mittel
achse 60 der Schaltungsplatine 52 Kontaktschichten 62 und 72
auf einer Oberseite 63 der Schaltungsplatine 52 angeordnet,
wobei die Kontaktschichten 62, 72 Lötflächen 64 und 74
bilden.
Die Anordnung der Kontaktschichten 62 und 72 erfolgt der
gestalt, daß bei an die Frontkante 56 mit der Rückseite 26
anliegender Trägerplatine 12 die erste Lötfläche 34 und die
zweite Lötfläche 44 der Kontaktschichten 28 und 38 auf der
Rückseite 26 im selben Abstand von der Mittelachse 60 liegen.
Auf die im Winkel zueinander verlaufenden Lötflächen 34 und
64 sowie 44 und 74 aufgetragenes Lot bildet in Form einer
durch Adhäsion an den Lötflächen 34 und 64 sowie 44 und 74
haftende Lotansammlungen 66 bzw. 76.
Somit entstehen Lötverbindungen 68 und 78, umfassend jeweils
die entsprechenden Lötflächen 64 und 34 bzw. 74 und 44 mit
den zwischen diesen wirksamen Lotansammlungen 66 und 76, die
sowohl jeweils eine elektrische Verbindung zwischen der
Trägerplatine 12 für die Sensorspule 14 und der Schaltungs
platine 52 für die Auswerteschaltung 50 als auch eine starre
mechanische Verbindung zwischen der Trägerplatine 12 und der
Schaltungsplatine 52 herstellen.
Diese Lösung hat den Vorteil, daß keine separate mechanische
Verbindung zwischen der Trägerplatine 12 und der Schaltungs
platine 52 geschaffen werden muß, sondern die Lötverbindungen
68 und 78 neben der elektrischen Verbindung der Sensorspule
14 mit der Auswerteschaltung 50 gleichzeitig auch die starre
mechanische Verbindung der Trägerplatine 12 mit der Schal
tungsplatine 52 schaffen.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Lötverbindung 68
und 78 jeweils nur durch eine auf einer Seite der Schaltungs
platine 52 angeordnete Lotansammlung 66 bzw. 76 geschaffen.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 5
und Fig. 6, ist die Schaltungsplatine 52 relativ zur Träger
platine 12 so angeordnet, daß deren Frontkante 56 an der
Rückseite 26 der Trägerplatine 12 in Höhe der Symmetrieebene
46 anliegt und vorzugsweise die Symmetrieebene 46 eine
Mittelebene der Schaltungsplatine 52 darstellt, so daß sich
vorzugsweise die Lötflächen 34 und 44 beiderseits der Symme
trieebene 46 erstrecken und sowohl über die Oberseite 63 als
auch eine Unterseite 83 der Schaltungsplatine 52 überstehen.
Ferner ist die Schaltungsplatine sowohl auf der Oberseite 63
mit den Kontaktschichten 62 und 72 als auch auf der Unter
seite 83 mit Kontaktschichten 82 und 92 versehen, die ihrer
seits ebenfalls Lötflächen 84 bzw. 94 tragen.
Somit besteht die Möglichkeit, durch zusätzliche Lot
ansammlungen 86 und 96 auch über die Unterseite 83 wirksame
Lötverbindungen 88 bzw. 98 zu schaffen, die ergänzend zu den
Lötverbindungen 68 und 78 einerseits eine bessere mechanische
Stabilität der mechanischen Verbindung zwischen der Träger
platine 12 und der Schaltungsplatine 52 gewährleisten und
außerdem noch den Vorteil haben, daß beim Erkalten der Lot
ansammlungen 66 und 76 keine einseitigen Zugkräfte auf die
Verbindung zwischen der Trägerplatine 12 und der Schaltungs
platine 52 wirken, sondern diese beim Erkalten der Lot
ansammlungen 66 und 76 entstehenden Zugkräfte durch ent
sprechende Zugkräfte der erkaltenden Lotansammlungen 86 und
96 kompensiert werden.
Zur Erhöhung der Redundanz sind vorzugsweise noch die
Kontaktschichten 62 und 82 sowie 72 und 92 elektrisch mit
einander verbunden, so daß selbst bei Bruch einer der beiden
Lötverbindungen 68 oder 88 bzw. 78 bzw. 98 nach wie vor ein
elektrischer Kontakt zwischen der Auswerteschaltung 50 und
der Sensorspule 14 aufrechterhalten bleibt.
Die erfindungsgemäße Lösung hat somit den Vorteil, daß durch
die jeweils paarweisen Lötverbindungen 68 und 88 bzw. 78 und
98 eine hohe mechanische Stabilität und eine hohe elektrische
Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen der Trägerplatine 12
mit der Sensorspule 14 und der Auswerteschaltung 50 erreich
bar ist.
Im übrigen sind bei dem zweiten Ausführungsbeispiel all die
jenigen Elemente, die mit denen des ersten Ausführungs
beispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen ver
sehen, so daß hinsichtlich der Beschreibung derselben voll
inhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungs
beispiel Bezug genommen werden kann.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 7,
sind die ersten Kontaktschicht 28 und die zweite Kontakt
schicht 38 nicht mit Lötflächen versehen, sondern mit durch
gedrückten Kontaktstiften 102 und 104, deren Abstand so ge
wählt ist, daß diese auf den Lötflächen 64 und 74 der
Schaltungsplatine 52 mit einer Lotansammlung 66' bzw. 76'
fixierbar sind.
Im Gegensatz zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel um
fassen somit die Lötverbindungen 68' und 78' die Kontakt
schichten 28 und 38, zusätzlich noch die Kontaktstifte 102
und 104 und außerdem die Lötansammlungen 66' und 76' sowie
die Kontaktschichten 62 und 72.
Im übrigen sind jedoch die Vorteile dieselben wie beim ersten
und zweiten Ausführungsbeispiel.
Im übrigen können bei einer Variante des dritten Ausführungs
beispiels die Kontaktstifte 102 und 104 auch durch flächige
Kontaktplatten ersetzt werden.
Im übrigen sind diejenigen Teile, die mit denjenigen des
ersten und zweiten Ausführungsbeispiels identisch sind, mit
denselben Bezugszeichen versehen, so daß hinsichtlich deren
Beschreibung vollinhaltlich auf die Ausführungen zu diesen
Ausführungsbeispielen Bezug genommen wird.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 8
und Fig. 9, ist die Trägerplatine 12 in gleicher Weise wie
bei allen übrigen Ausführungsbeispielen auf ihrer Frontseite
mit der Sensorspule 14 in Form der spiralförmig von dem
inneren Anschluß 20 zum äußeren Anschluß 24 verlaufenden
Schicht 18 versehen.
Im Gegensatz zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen
trägt die Trägerplatine 12 auf ihrer Rückseite 26 nicht nur
die Kontaktschichten 28 und 38, sondern zwei zusätzliche
Leiterbahnen 106 und 108, die zu einem Bauteil 110, bei
spielsweise einem Schwingkreiskondensator, führen, der der
Sensorspule 14 zugeordnet ist, um beispielsweise einen
LC-Schwingkreis zu bilden, welcher mit der Auswerteschaltung
50 in gleicher Weise, wie bei den voranstehenden Ausführungs
beispielen beschrieben, verbunden ist.
Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß durch das
zusätzliche Bauteil 110, beispielsweise den Kondensator des
LC-Schwingkreises, eine räumliche Anordnung der Sensorspule
14 und des Kondensators 110 geschaffen ist, die aufgrund
ihrer kompakten Anordnung eine geringe Störanfälligkeit zeigt
und außerdem noch zusätzlich Raum auf der Schaltungsplatine
52 schafft, um entweder auf der Schaltungsplatine 52 mehr
Bauteile der Auswerteschaltung 50 unterbringen zu können oder
die Schaltungsplatine 52 kleiner gestalten zu können.
Im übrigen ist bei dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß Fig.
8 und Figur, 9 die Auswerteschaltung 50 und die Schaltungs
platine 52 in gleicher Weise ausgeführt wie bei den voran
stehenden Ausführungsbeispielen, so daß auf die Ausführungen
und Darstellungen hierzu vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Bei einem fünften Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig.
10, ist im Gegensatz zu den voranstehenden Ausführungs
beispielen auf der Frontseite 16 der Trägerplatine 12 nicht
nur die Sensorspule 14 mit der spiralförmig von dem inneren
Anschluß 20 zum äußeren Anschluß 24 verlaufenden Schicht 18
angeordnet, sondern zusätzlich eine elektrisch leitende
Schicht 112, welche die Sensorspule 14 bezüglich des Mittel
punkts 22 radial außenliegend umschließt und in azimutaler
Richtung geschlossen ist, so daß eine sogenannte Kurzschluß-
oder Abschirmwindung gegeben ist, die für einen Einbau des
Sensors in eine metallische Umgebung von Vorteil ist.
Alternativ dazu ist bei einem sechsten Ausführungsbeispiel,
dargestellt in Fig. 11, die äußere Schicht 112' in azimutaler
Richtung unterbrochen und durch ein Bauteil 114, beispiels
weise einen elektrischen Widerstand, verbunden, so daß diese
äußere Schicht 112' als die Sensorspule bedämpfende Kurz
schlußwicklung einsetzbar ist, wobei die Bedämpfung durch
Einstellen des Widerstands 114 erreichbar ist.
Beispielsweise besteht bei dieser Lösung auch die Möglich
keit, den Widerstand 14 nachträglich, beispielsweise mittels
eines Lasers, abzustimmen.
Im übrigen ist das fünfte und das sechste Ausführungsbeispiel
in gleicher Weise ausgebildet wie eins der voranstehenden
Ausführungsbeispiele, so daß diejenigen Teile, die mit diesen
Ausführungsbeispielen identisch sind, mit denselben Bezugs
zeichen versehen sind und im übrigen auf die Ausführungen zu
den voranstehenden Ausführungsbeispielen vollinhaltlich Bezug
genommen wird.
Bei einem siebten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig.
12, ist die Trägerplatine 12 mit der Sensorspule 14 bei
spielsweise in gleicher Weise ausgebildet, wie im Zusammen
hang mit dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert.
Im übrigen sind auch die Lötverbindungen 68 und 78 so ausge
bildet, wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungs
beispiel erläutert.
Im Gegensatz zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen ist
bei dem siebten Ausführungsbeispiel die Auswerteschaltung 50
selbst noch mit einer Referenzspule 120 versehen, welche bei
spielsweise auf der Oberseite 63 der Schaltungsplatine 52 als
von einem inneren Anschluß 122 zu einem äußeren Anschluß 124
spiralförmig verlaufende Schicht 126 ausgebildet ist, wobei
eine sich radial zu einem Mittelpunkt 128 erstreckende Breite
einzelner Windungen der Schicht 126 sowie ein Abstand dieser
Windungen 126 in radialer Richtung zum Mittelpunkt 28 im
wesentlichen ungefähr gleich groß ist.
Der Vorteil dieses siebten Ausführungsbeispiels ist somit
darin zu sehen, daß die für die Steigerung der Empfindlich
keit induktiver Sensoren erforderliche Referenzspule 120 in
einfacher Weise hergestellt und auf der Schaltungsplatine 52
angeordnet werden kann, ohne daß ein zusätzlicher Fertigungs
aufwand für die Verbindung der Referenzspule mit der Aus
werteschaltung erforderlich ist. Vielmehr ist die Referenz
spule 120 bei Herstellung der Schaltungsplatine 52 zusammen
mit den Leiterbahnen der Schaltungsplatine 52 in einfacher
Weise herstellbar und mit diesen elektrisch verbindbar.
Darüber hinaus schafft das Vorsehen der Referenzspule 120 auf
der Schaltungsplatine noch eine weitere Möglichkeit zur Ver
besserung der Empfindlichkeit, nämlich dadurch, daß die
Sensorspule 14 und die Referenzspule 120 im wesentlichen
ähnlich hergestellt werden können, d. h. im wesentlichen die
selben Dimensionen aufweisen, so daß deren Induktivität im
wesentlichen dieselbe ist.
Besonders günstig ist es, wenn außerdem die Trägerplatine 12
und die Schaltungsplatine 52 aus demselben Material sind.
Noch vorteilhafter lassen sich die Eigenschaften der Sensor
spule 14 und der Referenzspule 120 aufeinander dann ab
stimmen, wenn diese in demselben Fertigungsprozeß hergestellt
sind, so daß in einfacher Weise auch die Dicke der spiral
förmig verlaufenden Schichten 18 und 126 und deren Material
eigenschaften sowie deren Maßtoleranzen in radialer Richtung
zum jeweiligen Mittelpunkt 22 bzw. 128 im wesentlichen iden
tisch sind.
Im übrigen sind diejenigen Teile, die mit denen der voran
stehenden Ausführungsbeispiele identisch sind, mit denselben
Bezugszeichen versehen, so daß hinsichtlich der Erläuterung
dieser Teile auf die voranstehenden Ausführungsbeispiele
vollinhaltlich Bezug genommen werden kann.
Bei einem achten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 13,
ist die Sensorspule 120 nicht auf der Oberseite 63 der
Schaltungsplatine 52 angeordnet, sondern in die Schaltungs
platine 52, beispielsweise als mittlere Lage 130, zwischen
zwei Lagen 132 und 134 integriert, so daß die Lagen 132 und
134 der Schaltungsplatine 52 als untere und obere Lagen auf
ihrer Fläche mit Bauteilen 54 versehen werden können und die
Größe der Schaltungsplatine 52 primär durch die Zahl und Art
der auf den Lagen 132 und 134 angeordneten Bauteile 54 be
dingt ist, jedoch nicht durch die Referenzspule 120.
Im übrigen ist auch das achte Ausführungsbeispiel insoweit,
als dieselben Bauteile wie bei den voranstehenden Aus
führungsbeispielen Verwendung finden, mit denselben Bezugs
zeichen versehen, so daß hinsichtlich der Beschreibung der
selben vollinhaltlich auf die Ausführungen zu den voran
stehenden Ausführungsbeispielen Bezug genommen wird.
Bei einem neunten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig.
14, sind ebenfalls diejenigen Teile, die mit denen der voran
stehenden Ausführungsbeispiele identisch sind, mit denselben
Bezugszeichen versehen, so daß hinsichtlich der Beschreibung
dieser Teile vollinhaltlich auf die voranstehenden Aus
führungsbeispiele Bezug genommen werden kann.
Im Gegensatz zum siebten und achten Ausführungsbeispiel ist
die Referenzspule 120' nicht mehr als zu dem Mittelpunkt 128
rotationssymmetrische Spule ausgebildet, sondern die ein
zelnen Windungen der spiralförmig von dem inneren Ende 122 zu
dem äußeren Ende 124 verlaufenden Schicht 126 sind elliptisch
ausgebildet, um die Ausdehnung der Referenzspule 120 in Rich
tung der Längsrichtung 55 der Schaltungsplatine 52 zu redu
zieren und somit insbesondere dann, wenn die Referenzspule
120' auf der Oberseite 63 der Schaltungsplatine 52 angeordnet
ist, den Flächenbedarf für die Referenzspule 120' zu redu
zieren.
Bei einem zehnten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig.
15, ist die Referenzspule 120" ebenfalls insoweit verändert,
als sie nicht mehr rotationssymmetrisch zum Mittelpunkt 128
verläuft. Vielmehr ist der innere Anschluß 122 so angeordnet,
daß er mit dem Mittelpunkt 128 zusammenfällt und die ein
zelnen Windungen der Schicht 128 verlaufen in Form einer
Rechteckspirale zum Mittelpunkt 128 bis zum äußeren Anschluß
124.
Auch diese Ausführungsform der Referenzspule 120" ist
flächensparender als die Referenzspule 120 und ermöglicht
somit eine Reduzierung der Größe der Schaltungsplatine 52
durch reduzierten Flächenbedarf aufgrund der Referenzspule
120".
Im übrigen sind das neunte und das zehnte Ausführungsbeispiel
in gleicher Weise ausgebildet wie die voranstehenden Aus
führungsbeispiele, so daß hinsichtlich der übrigen Bauteile
auf die Ausführungen zu den voranstehenden Ausführungs
beispielen vollinhaltlich Bezug genommen werden kann.
Darüber hinaus besteht auch bei allen übrigen Ausführungs
beispielen, insbesondere jedoch beim neunten und zehnten
Ausführungsbeispiel, die Möglichkeit, die Sensorspule 14
ebenfalls nicht radialsymmetrisch, sondern beispielsweise
elliptisch oder rechteckförmig auszubilden, um die Sensor
spule 14 jeweils der Art der Ausbildung der Referenzspule
120', 120" anzupassen.
Claims (24)
1. Induktiver Sensor umfassend mindestens eine
in Form einer strukturierten leitenden Schicht einer
Trägerplatine ausgebildete Sensorspule und eine Aus
werteschaltung, welche mit der Sensorspule verbunden ist
und eine mit Leiterbahnen versehene Schaltungsplatine
aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die
die Sensorspule (14) tragende Trägerplatine (12) über
mindestens zwei Lötverbindungen (68, 78, 88, 98) mecha
nisch starr und elektrisch mit der Schaltungsplatine
verbunden ist.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine
der Lötverbindungen (68', 78') einen von einer der
Platinen (12) abstehenden Lötfinger (102, 104) und eine
auf der anderen Platine (52) angeordnete Lötfläche (64,
74) aufweist.
3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
beide Lötverbindungen (68', 78') einen von einer der
Platinen (12) abstehenden Lötfinger (102, 104) und eine
an der anderen Platine (52) vorgesehene Lötfläche (64,
74) aufweisen.
4. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine
der Lötverbindungen (68, 78, 88, 98) zwei durch Lot mit
einander verbundene Lötflächen (34, 64; 44, 74; 34, 84;
44, 94) aufweist, von denen jeweils eine auf einer der
Platinen (12, 52) angeordnet ist.
5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede
der mindestens zwei Lötverbindungen (68, 78, 88, 98)
zwei durch Lot (66, 76, 86, 98) miteinander verbundene
Lötflächen (34, 64; 44, 74; 34, 84; 44, 94) aufweist,
von denen jeweils eine auf einer der Platinen (12, 52)
angeordnet ist.
6. Sensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Platinen (12, 52) relativ zueinander derart
angeordnet sind, daß die Lötflächen (34, 64; 44, 74; 34,
84; 44, 94) im wesentlichen aneinander angrenzen.
7. Induktiver Sensor nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß eine der Lötflächen (34, 44)
quer zur anderen Lötfläche (64, 74, 84, 94) verläuft.
8. Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
beiden Lötflächen (34, 64; 44, 74; 34, 84; 44, 94) in
einem näherungsweise rechten Winkel zueinander ver
laufen.
9. Sensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Lötverbindungen
(68, 78, 88, 98) auf einer Seite (26, 63) der Platinen
(12, 52) angeordnet sind.
10. Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens einer auf einer Seite (63) der jeweiligen
Platine angeordneten Lötverbindung (68, 78) eine auf
einer gegenüberliegenden Seite (83) der Platine (52)
entsprechende Lötverbindung (88, 98) zugeordnet ist.
11. Sensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schaltungsplatine (52) und die
Trägerplatine (12) aneinander anstoßen.
12. Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schaltungsplatine (52) und die Trägerplatine (12) in
einem Berührungsbereich quer zueinander verlaufen.
13. Sensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schaltungsplatine (52) nahe
einer senkrecht zur Trägerplatine (12) verlaufenden
Symmetrieebene (46) derselben angeordnet ist.
14. Sensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Auswerteschaltung (50) minde
stens eine Referenzspule (120) zugeordnet ist.
15. Sensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Referenzspule (120) durch eine
strukturierte, elektrisch leitende Schicht (126) der
Schaltungsplatine (52) gebildet ist.
16. Sensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die
Referenzspule (120) in Form von Leiterbahnen (126) in
die Schaltungsplatine (52) integriert ist.
17. Sensor nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltungsplatine (52) mit einer in Form einer
strukturierten leitenden Schicht (126) auf der
Schaltungsplatine (52) angeordneten Referenzspule (120)
versehen ist.
18. Sensor nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Referenzspule (120) in eine Zwischenlage (130)
zwischen einer oberen Lage (134) und einer unteren Lage
(132) der Schaltungsplatine (52) integriert ist.
19. Sensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sensorspule (14) von einer auf
der Trägerplatine (12) in Form einer strukturierten
Schicht (112) vorgesehenen Abschirmung umgeben ist.
20. Sensor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die
Abschirmung (112) als Kurzschlußwindung ausgebildet ist.
21. Sensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß auf der Trägerplatine (12) ein Be
dämpfungselement (112', 114) für die Sensorspule, um
fassend eine strukturierte, elektrisch leitende Schicht
(112') auf der Trägerplatine (12), angeordnet ist.
22. Sensor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das
Bedämpfungselement (112', 114) einen elektrischen Wider
stand (114) aufweist.
23. Sensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trägerplatine (12) zusätzlich
mit einem elektronischen Bauelement (110) versehen ist.
24. Sensor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die
Trägerplatine (12) auf ihrer der Sensorspule (14) abge
wandten Rückseite (26) mit dem elektronischen Bauelement
(110) versehen ist.
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