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Die Erfindung betrifft eine Messsonde,
insbesondere für
eine Vorrichtung zur Messung der Dicke dünner Schichten.
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Zur Schichtdickenmessung an metallischen und
nicht metallischen Schichten sind Messgeräte vorgesehen, welche eine
Messsonde aufweisen, die auf den Messgegenstand aufgesetzt werden,
um die Schichtdicke zerstörungsfrei
zu messen. Hierfür
werden bekannte elektromagnetische Verfahren, wie beispielsweise
das magnetinduktive Verfahren als auch das Wirbelstromverfahren,
eingesetzt.
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Die Messsonde ist in dem Messgerät federnd nachgiebig
gelagert. Beim Aufsetzen der Messsonde auf einen Messgegenstand
taucht diese geringfügig gegenüber einer
Aufnahme in der Messsonde ein. Die Messsonde weist Sensorelemente
auf, welche durch dünne
Anschlussdrähte
an einer Leiterplatte angeschlossen sind. Die Anschlussdrähte sind über Lötstellen
befestigt. Ebenso sind Anschlussleitungen vorgesehen, welche von
der Leiterplatte nach außen führen und
durch Lötstellen
an den Leiterplatten befestigt sind. Aufgrund der Relativbewegung
der Messsonde gegenüber
der Aufnahme vor und nach der Durchführung einer Messung werden
die Anschlussdrähte
gegenüber
den Anschlussstellen bewegt. Diese neigen dazu, unmittelbar an der
Lötstelle zu
brechen. Die Anbringung als auch die Reparatur der sehr dünnen Anschlussleitungen
ist sehr aufwendig und kostenintensiv.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe
zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, welche eine kostengünstige Herstellung
einer Messsonde, insbesondere als Serienprodukt, ermöglicht und
eine Langlebigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung gemäß dem Anspruch
1 gelöst.
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Durch den Einsatz von zumindest einem
flexiblen Band, welches an einer Leiterplatte vorgesehen ist und
wenigstens eine Anschlussleitung umfasst, ist ermöglicht,
dass eine Vielzahl von Messungen durchgeführt werden, ohne dass ein Bruch
der zumindest einen Anschlussleitung gegeben ist. Bei der Durchführung der
Messung wird die Messsonde auf einen Prüf- oder Probenkörper aufgesetzt.
Die Messsonde ist zumeist verschiebbar gegen beispielsweise eine
Federkraft in einer Aufnahme geführt,
so dass eine Anlage auf den Prüf-
oder Probenkörper
sichergestellt ist. Durch den flexiblen Anschluss der Messsonde
zu weiteren Bauteilen über ein
flexibles Band an der Leiterplatte ist ein Abknicken der Anschlussleitungen
unmittelbar an der Lötstelle
während
der Bewegung der Messsonde beim Aufsetzen und Abnehmen von den Prüf- oder
Probenkörper
nicht gegeben und somit eine Bruchgefahr verhindert. Dadurch ist
eine Langlebigkeit gegeben.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ist vorgesehen, dass das flexible Band an einem der
Leiterplatte gegenüberliegenden
Ende eine Anschlussfahne aufweist. Dadurch kann die Messsonde nach
dem Einsetzen in eine Führung
in einfacher Weise an eine Steckverbindung am oder außerhalb
des Gehäuses
oder an eine Datenverarbeitungseinheit angeschlossen werden. Die
Montage der Messsonde in eine Aufnahme und der Anschluss ist dadurch
erheblich vereinfacht. Vorteilhafterweise sind sämtliche Anschlussleitungen
für die
Leiterplatte und daran vorgesehene Bauteilkomponenten als auch für die Sensorelemente
in einem flexiblen Band zusammengefasst und aus dem Gehäuse der
Messsonde herausgeführt.
Dadurch werden die Herstellung, die Handhabung und die Montage zusätzlich erleichtert,
wodurch eine kostengünstige
Serienproduktion gegeben ist.
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Alternativ kann für bestimmte Anwendungsfälle ebenso
geeignet und auch vorgesehen sein, dass beispielsweise die Anschlussleitungen
der Sensorelemente separat zu den Anschlussleitungen für die Leiterplatte
in jeweils einem flexiblen Band vorgesehen sind.
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Nach einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest eine
Leiterplatte aus einer festen Schicht und einer flexiblen Schicht
besteht und die flexible Schicht bereichsweise von der festen Schicht
getrennt und als flexibles Band ausgebildet ist. Diese Anordnung weist
den Vorteil auf, dass eine Serienfertigung für Leiterplatten möglich ist,
wobei die Herstellung von Anschlussleitungen kos- tengünstig in
einem Automationsprozess erfolgen kann. Des weiteren ist durch diese
Ausgestaltung eine langlebige Anbindung der Anschlussleitung an
die Leiterplatte gegeben, welche bei der Herstellung in das zumindest eine
flexible Band eingebunden ist. Die Anschlussleitungen in der flexiblen
Schicht sind in dem Bereich, der durch die feste Schicht aufgenommen
ist, vorzugsweise als Leiterbahnen ausgebildet, so dass eine gute
und sichere Kontaktierung zwischen Leiterbahnen und Anschlussleitungen
gegeben ist. In dem anderen Bereich sind die Anschlussleitungen
in dem flexiblen Band vorgesehen, welche bei der Herstellung der
Leiterplatte der flexiblen Schicht entspricht. Die feste Schicht
wird in dem Bereich, in dem das flexible Band einen Bewegungs bereich
erfordert oder die Anordnung von weiteren Bauelementen vorgesehen
ist, entfernt, ausgeschnitten oder ausgestanzt. Des weiteren kann
durch den Einsatz dieser Leiterplatte die Bauteilgröße verringert
werden, da bei der automatisierten Herstellung gegenüber der
manuellen Fertigung eine Verkleinerung der Bauteile kostengünstiger
ermöglicht
ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist das flexible Band aus einem Gehäuse herausgeführt. Durch
das flexible Band sind die Leitungen vor Knickung, Beschädigung und
Bruch geschützt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Sensorelement
der zumindest einen Leiterplatte zugeordnet ist, welches gegenüber der
Leiterplatte nicht bewegbar ist. Durch diese feste Zuordnung von nicht
bewegten Bauelementen, die wiederum durch Anschlussleitungen miteinander
verbunden sind, wird vermieden, dass die Anschlussleitungen unmittelbar
an den Lötstellen
brechen. Dadurch kann eine langlebige Anordnung und Kontaktierung
durch Anschlussdrähte
zwischen zumindest einer Leiterplatte und zumindest einem Sensorelement
gegeben sein.
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Nach einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest eine
weitere Leiterplatte vorgesehen ist, welche zumindest ein Sensorelement
aufnimmt. Diese vorteilhafte Ausgestaltung ermöglicht die Verringerung der Montagekosten
und Bauteilkosten durch die Integration von Bauteilen in oder an
den Leiterplatten, die auch in Anpassung an den Herstellungsprozess
an den Leiterplatten angeordnet sind. Beispielsweise können in
der Herstellung zwei Bauteilgruppen parallel hergestellt werden,
welche im Anschluss zusammengesetzt werden, bevor diese in einem
Gehäuse der
Messsonde integriert werden. Die erste Bauteilgruppe umfasst beispielsweise
die Schaltung und die zweite Bauteilgruppe die Sensorelemente.
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Bei den vorgenannten vorteilhaften
Ausführungsformen
ist vorgesehen, dass die erste und weitere Leiterplatte oder die
erste Leiterplatte und die Sensorelemente in einem Verbindungsbereich
Kontaktierungsstellen umfassen, die durch eine Lötverbindung miteinander verbindbar
sind. Da durch kann vorteilhafterweise zumindest teilweise oder vollständig auf
Anschlussdrähte
und der zeitintensiven Verbindung durch Einzellötung verzichtet werden. Es werden
die vorgesehenen Lötstellen
oder Lötpads miteinander
verbunden. Dieser Prozess kann wiederum automatisiert werden, so
dass eine vorgefertigte Baugruppe aus diesen zumindest zwei Leiterplatten oder
einer Leiterplatte und zumindest einem Sensorelement zum Einsetzen
in das Gehäuse
bereitgestellt werden kann.
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Alternativ ist vorgesehen, dass die
erste Leiterplatte und die zumindest weitere Leiterplatte durch ein
flexibles Band, welches Anschlussleitungen umfasst, miteinander
verbunden sind. Somit kann an der ersten oder zweiten Leiterplatte
eine flexible Schicht vorgesehen sein, welche an der anderen Leiterplatte mit
einer Anschlussfahne durch eine Steckverbindung oder umgekehrt anordenbar
ist. In diesem Ausführungsbeispiel
können
die erste und die zweite Leiterplatte bewegbar zueinander vorgesehen
sein. Die weitere Leiterplatte nimmt bevorzugt die Sensorelemente
auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel
kann die weitere Leiterplatte auch nur aus Sensorelementen bestehen.
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Eine weitere alternative Ausgestaltung
sieht vor, dass die erste Leiterplatte mit einem Aufnahmeabschnitt
verbunden ist, an dem die Sensorelemente positionierbar sind. Dieser
Aufnahmeabschnitt entspricht in der Funktion einer weiteren Leiterplatte. Der
Aufnahmeabschnitt ist vorzugsweise lösbar, unlösbar oder einstückig an
der ersten Leiterplatte vorgesehen und zur Aufnahme und Anordnung
der Sensorelemente ausgebildet. Durch diese Anordnung kann vorteilhafterweise
die Anzahl von Lötstellen zwischen
der ersten Leiterplatte und dem Aufnahmeabschnitt reduziert werden
und die dazwischen liegenden separaten Anschlussleitungen entfallen.
Alternativ können
die Anschlussleitungen auch von dem Sensorelement direkt zur ersten
Leiterplatte geführt
werden. Der Aufnahmeabschnitt ist bevorzugt metallisch mit guten
magnetischen Eigenschaften ausgebildet soweit die Anordnung der
Sensorelemente und deren Messverfahren darin unterstützt werden.
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Eine erste vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung zur Durchführung
eines magnetinduktiven Verfahrens sieht vor, dass ein Hallsensor
an ei ner weiteren Leiterplatte vorgesehen ist, welchem gegenüberliegend
an der Leiterplatte ein Feldkonzentrator und ein Magnet zugeordnet
ist. Der Hallsensor ist mittels Lötpunkten zur Leiterplatte verbunden.
Die Teile sind nicht bewegt zueinander angeordnet und können in
der automatischen Fertigung zueinander positioniert und kontaktiert
werden. Die Anschlussleitungen des Hallsensors sind in einer die
Leiterplatte durchdringenden Weise vorgesehen, so dass durch zwei
zueinander korrespondierende Lötstellen
der ersten und weiteren Leiterplatte eine elektrische Verbindung
ohne bewegte Teile ermöglicht
ist.
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Zum Einsatz der Messsonde für das magnetinduktive
Verfahren als auch das Wirbelstromverfahren ist vorteilhafterweise
vorgesehen, dass an der weiteren Leiterplatte konzentrisch zum Hallsensor eine
Spule vorgesehen ist, um in Abhängigkeit
der Messung von metallischen und nicht metallischen Schichtdicken
das geeignete Messverfahren auszuwählen, so dass eine Messung
der Schichtdicke mit nur einer Sonde ermöglicht ist. Die Anschlussleitungen
der Spule sind in der Leiterplatte integriert und in Analogie zu
denen des Hallsensors ausgebildet. Alternativ können die Anschlussleitungen
auch aus der weiteren Leiterplatte herausgeführt und an der ersten Leiterplatte
vorgesehen sein. Da die Teile nicht zueinander bewegbar sind, ist
eine Bruchgefahr nicht gegeben.
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Nach einer weiteren alternativen
Ausgestaltung einer Messsonde ist vorgesehen, dass die erste Leiterplatte
mit einem Aufnahmeabschnitt verbunden ist, welcher sowohl zumindest
eine Spule für
ein Wirbelstrommessverfahren aufnimmt, welches vorzugsweise nahe
einer Aufsetzkalotte sitzt und zumindest eine Primär- und Sekundärspule für das magnetinduktive
Messverfahren. Ebenso kann an dem Aufnahmeabschnitt ein Hallsensor
und konzentrisch dazu eine weiter Spule vorgesehen sein.
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Eine alternative Ausführungsform
der Messsonde weist für
die Durchführung
einer Messung nach dem magnetinduktiven Verfahren eine Primär- und Sekundärspule auf,
welche einem Weicheisenmagneten, vorzugsweise einem Topfmagneten,
zugeordnet sind. Diese Primär-
und Sekundärwicklungen
sind der zumindest ersten Leiterplatte zugeordnet oder an einen
der ersten Leiterplatte zugeordneten Aufnahmeabschnitt und kön nen beispielsweise durch
ein flexibles Band oder durch separate Anschlussleitungen mit der
ersten Leiterplatte verbunden sein. Im eingebauten Zustand sind
diese Teile nicht bewegbar zueinander positioniert.
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Die zumindest erste Leiterplatte
der Messsonde weist einen Oszillator auf. Dadurch kann der kritische
Leitungsweg zwischen Oszillator und Spule kurz gehalten werden,
wodurch die Qualität
der Messung erhöht
und der Leitungsquerschnitt verringert werden kann. Weitere für die Schaltung,
Auswertung und/oder Ausgabe von Daten erforderliche Komponenten
können
vorgesehen sein.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der
Messsonde sieht vor, wonach die zumindest erste Leiterplatte und
die Sensorelemente in dem Gehäuse
mit einer elektrisch nicht leitfähigen
Masse fest eingegossen sind. Die flexiblen Anschlussleitungen werden über eine Öffnung aus
dem Gehäuse
herausgeführt. Durch
diese Einbringung der Masse werden die Bauteile in ihrer Position
zueinander gesichert, so dass eine Bruchgefahr als auch Schwächung der
Kontaktstellen durch Schwingungen während des Einsatzes und des
Transportes der Messsonde verhindert werden.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest erste Leiterplatte
durch eine vorzugsweise schlitzförmige Ausnehmung
aus einem Deckel des Gehäuses
zumindest teilweise herausgeführt
wird. Der Deckel ist vorzugsweise metallisch ausgebildet. Durch
eine Lötverbindung
zwischen dem Deckel und der Leiterplatte kann ein Masseausgleich
in einfacher Weise gegeben sein.
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Um das flexible Leitungsband, welches
von dem Gehäuse
der Messsonde nach außen
führt,
nur auf Biegung zu beanspruchen, ist an dem Gehäuse der Messsonde ein Zapfen
oder eine Nut vorgesehen, um mit einem komplementären Element
der Aufnahme für
die Messsonde als Verdrehsicherung zu wirken.
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Das Gehäuse der Messsonde ist in einer Aufnahme
durch eine Führung
gehalten. Hierfür
können
an dem Gehäuse
als auch an der Aufnahme für die
Messsonde, welche das Gehäuse
umgibt, beispielsweise axial sich erstreckende Vorsprünge vorgesehen
sein, um beispielsweise eine Drei- oder Fünfpunktlagerung vorzusehen.
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Die erfindungsgemäße Messsonde findet bevorzugt
ihren Einsatz in einem Handgerät.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass diese Messsonde auch von einem
Gehäuse
umgeben ist, welches eine Anschlussleitung zu einem stationären Messgerät bzw. ein
Funkmodul umfasst, oder als Handmesssonde ausgebildet ist. Das Gehäuse kann
beispielsweise eine federbelastete Führungshülse umfassen, um ein sicheres
Aufsetzen und Anliegen der Messsonde auf Messgegenstände zu ermöglichen.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen derselben werden im folgenden anhand dem in
der Zeichnung dargestellten Beispiel näher beschrieben und erläutert. Die
der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können einzeln
für sich
oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt
werden. Es zeigen:
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1 einen
schematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Messsonde, die in einer
Aufnahme positioniert ist,
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2 eine
schematische Ansicht von unten auf die Messsonde gemäß 1,
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3 eine
schematische Detailansicht der Bauteilkomponenten einer Messsonde,
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4 eine
Schnittdarstellung entlang der Linie III-III in 3 und
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5 eine
schematische Ansicht einer alternativen Kontaktierung der Messsonde
zur Vorrichtung.
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In 1 ist
eine Messsonde 11 für
eine Vorrichtung zur Messung der Dicke dünner Schichten dargestellt.
Diese Messsonde 11 wird zur zerstö rungsfreien Schichtdickenmessung
eingesetzt. Die Messsonde 11 umfasst ein Gehäuse 12,
welches in einer Aufnahme 13 eingesetzt ist. Diese Aufnahme 13 kann
Teil eines Schichtdickenmessgerätes
in Form eines stationären
Gerätes
oder eines Handgerätes
sein. Ebenso kann diese Aufnahme in einer Handmesssonde vorgesehen
sein. Die Messsonde 11 umfasst eine erste Leiterplatte 16,
die einer weiteren Leiterplatte 17 zugeordnet ist. Die
Leiterplatten 16, 17 sind in dem Gehäuse 12 durch
eine Masse 18 fest eingebettet, wobei am unteren Ende des
Gehäuses 12 eine
Aufsetzkalotte 19 vorgesehen ist, welche aus dem unteren
Abschnitt des Gehäuses 12 herausragt.
Das Gehäuse 12 ist
an einem oberen Ende durch einen vorzugsweise metallischen Deckel 21 geschlossen.
An einer Außenseite
des Deckels 21 greift ein Federelement 23 an,
welches die Messsonde 11 in eine untere Position überführt, wobei
die Messsonde 11 aus der Aufnahme 13 herausragt. Beim
Aufsetzen der Messsonde 11 auf einen nicht näher dargestellten
Messgegenstand kann die Messsonde 11 in die Aufnahme 13 eintauchen,
bis beispielsweise die Aufnahme 13 an dem Messgegenstand
aufliegt. Zur Verdrehsicherung der Messsonde 11 ist an
dem Gehäuse 12 ein
Vorsprung oder Zapfen 26 vorgesehen, der in einer Nut 27 der
Aufnahme 13 geführt
ist. Eine derartige Verdrehsicherung kann auch weitere beliebige
Ausführungsformen
umfassen, welche die Funktion der Verdrehsicherung erfüllen. Die
Aufnahme 13 ist durch axial sich erstreckende Vorsprünge geführt, die
sowohl an dem Außenumfang
des Gehäuses 12 als
auch an dem Innenumfang der Aufnahme 13 vorgesehen sein
können.
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Die erste Leiterplatte 16 ist
durch eine schlitzförmige Öffnung 31 in
dem Deckel 21 aus dem Gehäuse 12 herausgeführt und
weist Kontaktierungsstellen 32 auf, welche zum Potentialausgleich vorgesehen
sind. Alternativ kann auch eine Pressung zwischen Kontaktelementen
der Leiterplatte 16 und der stützförmigen Öffnung 31 vorgesehen
sein.
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Die Leiterplatte 16 umfasst
eine feste Schicht 34 und eine flexible Schicht 36.
Die feste Schicht 34 bildet eine Tragstruktur, auf der
elektrische Bauteile für
Sensorelemente 37, 38 vorgesehen sind. Die flexible
Schicht 36 ist bereichsweise auf der festen Schicht 34 vorgesehen
und bereichsweise von der festen Schicht 34 abgelöst. Die
flexible Schicht 34 umfasst einen Abschnitt, der als flexibles
Band 39 ausgebildet ist und Anschlussleitungen 41 umgibt, welche
ummantelt von dem flexiblen Band 39 aus dem Gehäuse 12 herausgeführt sind.
Bevorzugt ist ein flexibles Band 39 vorgesehen, durch welches sämtliche
Anschlussleitungen 41, welche für die Komponenten der Messsonde 11 erforderlich
sind, in das oder aus dem Gehäuse 12 geführt werden.
Am einen Ende des flexiblen Bandes 39 ist eine Anschlussleitung 42 vorgesehen,
welche durch eine Steckverbindung an einem weiteren Anschlusselement
der Messvorrichtung positioniert ist. Das weitere Anschlusselement
kann eine Datenverarbeitungseinheit wie eine Rechen-, Speicher-,
Ausgabe- und/oder Auswerteeinheit umfassen. Ebenso kann diese Steckverbindung
an einer Signalleitung angeordnet sein, welche zu einem stationären Messgerät führt.
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Der Begriff der Leiterplatte kann
sowohl im klassischen Sinne verstanden werden, wonach Leiterbahnen
und elektrische Bauteile und dergleichen vorgesehen sind als auch
lediglich als Bauteil, welches die Anschlusslei- tungen der Sensorelemente aufnimmt,
um in zumindest ein flexibles Band überzuführen.
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In den 2, 3 und 4 sind Detaildarstellungen von Bauteilkomponenten
der Messsonde 11 dargestellt. Die in den Figuren dargestellte
Messsonde 11 ermöglicht
die Durchführung
des Messverfahrens nach dem magnetinduktiven und dem Wirbelstromprinzip.
Das Wirbelstromverfahren wird eingesetzt zur Messung der Dicke von
elektrisch nicht leitenden Schichten auf Nichteisenmetallen, zum
Beispiel von Farben, Lacken, Kunststoff auf Aluminium, Kupfer, Messing,
Edelstahl oder anodisierten Schichten auf Aluminium. Bevorzugt wird
eine Frequenz von mehr als 1000 Hz verwendet. Die Schichtdickenmessung erfolgt
in einem Messbereich bis beispielsweise 1500 μm. Das magnetinduktive Messverfahren
eignet sich zur Messung der Dicke von Nichteisen-Metallschichten,
wie beispielsweise Chrom, Kupfer, Zink oder dergleichen auf Stahl
und Eisen als auch für
Farb-, Lack- und Kunststoffschichten auf Stahl und Eisen. Der Messbereich
liegt beispielsweise bei einer Schichtdicke bis zu 1800 μm. Bevorzugt
wird eine Frequenz von weniger als 300 Hz verwendet.
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Für
dieses duale Messprinzip sind die beispielsweise nachfolgenden Komponenten
vorgesehen. An der Leiterplatte 17 ist ein Sensorelement 37 als
vier- oder sechspoliger Hallsensor ausgebildet, der über vier
Lötstellen 43 zur
Leiterplatte 17 kontaktiert ist. Innerhalb der Leiterplatte 37 ist
eine Anschlussleitung 49 zu einer Kontaktstelle 44 vorgesehen.
Diese Kontaktstelle 44 ist, wie im Schnitt gemäß 4 dargestellt ist, vierfach
ausgebildet. Diese Kontaktstelle 44 korrespondiert mit
einer Kontaktstelle der Leiterplatte 16, so dass im zusammengesetzten
Zustand, wie in den 1 und 3 dargestellt, durch eine
Lötstelle
ohne freiliegende Anschlussleitungen eine elektrisch leitende Datenverbindung
geschaffen ist. Diese Lötstelle
kann prozessautomatisiert hergestellt werden.
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Der Hallsensor 37 nimmt
auf der einen Seite die Aufsetzkalotte 19 auf. Die Aufsetzkalotte 19 ist
in der Höhe
gering ausgebildet, so dass der Hallsenor 37 so nahe wie
möglich
an der Planfläche
der Aufsetzkalotte 19 und somit zur Messoberfläche des Messgegenstandes
liegt. Die Aufsetzkalotte 19 ist aus Rubin oder aus Diamant
gefertigt. An der gegenüberliegenden
Seite ist ein Feldkonzentrator 47 und Magnet 48 vorgesehen.
Der Feldkonzentrator 47 ist aus Weicheisen mit einer geringen
Remanenz ausgebildet.
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Die Leiterplatte 17 nimmt
konzentrisch zum ersten Sensorelement 37 ein weiteres Sensorelement 38 auf,
welches als Spule 51 ausgebildet ist. Die Spule 51 ist
so klein wie möglich
ausgebildet. Im Durchmesser gesehen umgibt die Spule den Hallsensor.
Diese Spule 51 ist in die Leiterplatte 17 eingesetzt,
integriert oder eingegossen und deren Anschlussleitungen führen zu
Kontaktstellen 52. Diese Kontaktstellen 52 korrespondieren
wiederum mit Kontaktstellen der Leiterplatte 16. Somit
können
die Kontaktstellen 44 und 52 der Leiterplatten 16 und 17 durch
eine einfache Lötverbindung
miteinander verbunden und durchkontaktiert werden. Alternativ können Anschlussdrähte der
Spule 51 durch die Leiterplatte 17 hindurchgeführt werden,
um diese an separaten Lötpads 53 der
ersten Leiterplatte 16 vorzusehen. Des weiteren können die
Kontaktstellen 44 und 52 zusammengelegt werden.
Alternativ zur Positionierung der Spule 51 an oder in der
Leiterplatte 17 kann die Spule an den Feldkon zentrator 47 nahe
zum Hallsensor 37 angeordnet sein. Der Hallsensor 37 wird
zur Durchführung
von Messungen auf Eisen durch ein hochfrequentes Wechselfeld angeregt.
Bei einem niederfrequenten Gleichfeld reagiert der Hallsensor 37 nur
auf Eisen.
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Die Leiterplatte 16 weist
eine U-förmige
Gestalt auf. Die feste Schicht 34 ist entfernt, um die
flexible Schicht 36 aus einem Gehäuse 12 herausführbar vorzusehen.
Im Bereich des Jochs 56 sind elektrische Bauteile vorgesehen,
beispielsweise ein Oszillator 57 für die Spule 51. Das
flexible Leitungsband 39 geht im Joch 56 in die
flexible Schicht 36 über.
Die Anschlussleitungen 41 der Sensorelemente 37, 38 als
auch der elektrischen Bauteile, wie beispielsweise dem Oszillator 57,
sind auf der Leiterplatte 16 angeordnet oder integriert
und münden
im Bereich des Jochs 56 in das flexible Band 39.
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Die Leiterplatte 17 weist
gemäß 4 in der Draufsicht gesehen
eine Bohrung 61 auf, um den Feldkonzentrator 47 aufzunehmen.
Links und rechts dieser Bohrung 61 erstreckt sich eine
nutenförmige Vertiefung 62,
welche zur Positionierung und Fixierung der Leiterplatte 16 dient.
Zur Montage werden die vorgefertigte Leiterplatten 16, 17 zueinander
positioniert, so dass die Leiterplatte 16 in der Vertiefung 62 zur
Leiterplatte 17 senkrecht steht. Im Anschluss daran werden
die beiden Leiterplatten 16, 17 zueinander fixiert,
beispielsweise verklebt, geklemmt, gelötet und die Kontaktstellen 44 und 52 durch
eine Lötverbindung
miteinander verbunden.
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Die Leiterplatte 16 weist
im Bereich des Jochs 56 gegenüber den Seitenflächen hervortretende
Abschnitte 64 auf. Diese sind bei der Konfektionierung
der Leiterplatten 16 als Verbindungen zu jeweils benachbarten
Leiterplatten 16 vorgesehen, so dass bei der Herstellung
dieser Leiterplatten 16 im Mehrfachnutzen gearbeitet werden
kann und diese Abschnitte als Sollbruchstelle zur Vereinzelung der
Leiterplatten 16 dienen. Im oberen Bereich des Jochs 56 der
Leiterplatte 16 sind die Kontaktierungsstellen 32 für den Potentialausgleich
vorgesehen.
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Die Messsonde 11 kann für die ausschließliche Messung
nach dem magnetinduktiven Verfahren eine Ausgestaltung umfassen,
bei der das Sensorelement 38 nicht vorgeschlagen ist. Das
Sensorelement 37 kann an der Leiterplatte 17 oder
auch unmittelbar an der Leiterplatte 16 vorgesehen sein
beziehungsweise die Leiterplatte 16 kann einen dem Joch 56 gegenüberliegenden
Abschnitt aufweisen, an welchem das Sensorelement 37 unmittelbar
angeordnet ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Sensorelement 37 durch
Anschlussleitungen an der Leiterplatte 16 befestigt ist,
das beispielsweise zu einem flexiblen Band 39 angeordnet ist.
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Alternativ zum Einsatz eines Hallsensors
als Sensorelement 37 und einer Spule 51 als Sensorelement 38 ist
auch ermöglicht,
eine Primär-
und Sekundärspule
mit einem Magneten oder Topfmagneten an der Leiterplatte 17 vorzusehen,
um eine Messung nach dem magnetinduktiven Verfahren durchzuführen. Die
Anschlussleitungen der Primär-
und Sekundärwicklung
können über ein
flexibles Band 39 zur Leiterplatte 16 befestigt sein oder
unmittelbar an Kontaktstellen der Leiterplatte 16 kontaktiert
werden. Durch die Einbettung der Komponenten in eine Masse, wie
beispielsweise Harz, Gieß-
oder Füllmasse oder
dergleichen, sind die Teile nicht zueinander bewegt, so dass die
Bruchgefahr der Lötverbindungsstellen
nicht gegeben ist. Zur Durchführung
des Messverfahrens sind bevorzugt die Komponenten für das magnetinduktive
und das Wirbelstrommessverfahren in der Leiterplatte 17 integriert
oder daran angebracht. An der Leiterplatte 17 sind vorgesehen
ein Hallsensor, zumindest eine erste und eine zweite Spule, die
im Durchmesser und/oder der Anzahl der Windungen unterschiedlich
sind. Durch eine entsprechende Schaltung der Komponenten können in
Abhängigkeit
der Messaufgabe, also Schichtdicke und Art des Trägermaterials
und der Beschichtung, die einzelnen Komponenten zur Durchführung der
Messung angesteuert werden.
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In 5 ist
eine alternative Ausführungsform zur
Weiterleitung der ermittelten und erfassten Informationen an eine
Datenverarbeitungsanlage über
die Anschlussleitung 41 dargestellt. Beispielsweise befindet
sich auf einer Innenseite der Aufnahme 13 zumindest eine
Kontaktschie ne 71, welche mit einer Kontaktfeder 72 eines
Steckers 53 kommuniziert, der an dem Gehäuse 12 positioniert
ist. Der Stecker 53 nimmt die Anschlussfahne 42 auf.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist das Gehäuse 12 durch
den Deckel 21 abgeschlossen. In Abhängigkeit der Anzahl von Anschlussleitungen 41 kann
eine entsprechende Anzahl von Kontaktfedern 72 und Kontaktschienen 71 vorgesehen
sein. Diese Kontaktierung beruht dem Prinzip eines Schleifkontaktes,
der ermöglicht,
dass das Gehäuse 12 eine
Relativbewegung in der Aufnahme 13 durchführen kann.
Anstelle einer Kontaktfeder 72 können auch Kontaktstifte oder
dergleichen vorgesehen sein. Eine derartige Anordnung ist auch spiegelbildlich
mögliche.
Diese Anordnung weist den Vorteil auf, dass nach einem Einsetzen
des Gehäuses 12 in
die Aufnahme 13 ohne weitere Montagearbeiten ein Anschluss
ermöglicht
ist.
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Die Ausgestaltung der Leiterplatte,
bestehend aus einer festen und einer flexiblen Schicht, wird auch
als Starr-Flex-Leiterplatte bezeichnet. Diese Leiterplatte kann
eine oder mehrere flexible Bänder 39 umfassen,
in denen ein oder mehrere Anschlussleitungen gegen Bewegungsbruch
gesichert aufgenommen sind. Ebenso kann auch die erste und zumindest
eine weitere Leiterplatte durch ein flexibles Band miteinander verbunden
sein.