DE4314296A1

DE4314296A1 - Sensoreinheit mit Haltebügel

Info

Publication number: DE4314296A1
Application number: DE19934314296
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Morsch
Original assignee: Hydac Electronic GmbH
Current assignee: Hydac Electronic GmbH
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1993-04-30
Publication date: 1994-11-03

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit mit einem ein Gehäu seteil aufweisenden Sensor und mit einer die Sensorsignale verarbeitenden Elektronikplatine.

Dahingehende Sensoreinheiten dienen unter anderem als Druck- und Temperaturmeßumformer. Bei den bisher bekannten Sensorein heiten wurden die Anschlüsse des eigentlichen Sensors an die Elektronikplatine angeschlossen, diese Einheit mit einem Gehäusemantel umgeben und anschließend mit einer geeigneten Vergußmasse versehen. Diese Vergußmasse bewirkt zwar eine Dämpfung der angesprochenen Einheit gegen Schock und Vibra tion, die Handhabbarkeit dieser bekannten Lösung im Ferti gungsprozeß ist jedoch bei weitem nicht optimal. Im übrigen muß durch eine aufwendige separate Verbindung zwischen Elektronik und Gehäuse ein Massebezug der Entstörbauelemente erreicht werden, wenn gute EMV-Eigenschaften erreicht werden sollen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Sensoreinheiten dahingehend zu verbessern, daß sie zum einen in der Fertigung leichter hand habbar sind und zum anderen die elektromagnetische Verträg lichkeit sicher und optimal durch gute Masseverbindung er reicht wird. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Sensoreinheit mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 die Elektronikplatine mit dem Gehäuseteil des Sensors über ein Halteteil verbunden ist, ist eine sichere mechanische Verbin dung der Elektronikplatine mit dem Sensorteil geschaffen. Dank dieser Verbindung ist das Handling im Fertigungsablauf verein facht, denn die beiden Teile nehmen eine genau definierte Lage zueinander ein, was der Vollautomatisierung der Fertigung zugute kommt. Durch die feste mechanische Verbindung ist die empfindliche Elektronikplatine durch die derart gegebene resistente Kopplung gegen extreme Vibrationen und Schockbela stungen geschützt.

Dadurch, daß ferner gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspru ches 1 das Halteteil elektrisch leitend ist, läßt sich das Gehäusepotential des Sensors elektrisch mit den Entstörbauele menten der Platine und mit dem Schirmanschluß der Steckverbin dung der Sensoreinheit sicher verbinden. Aufgrund dieser hergestellten elektrischen Verbindung zwischen Sensorgehäuse und Elektronik sind auch extreme Anforderungen an die EMV-Si cherheit von elektronischen Geräten, insbesondere in Form der Sensoren, erfüllt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinheit ist das Halteteil aus einem Haltebügel gebildet, der zwei diametral einander gegenüberliegende Haltearme auf weist, die für einen Eingriff der Elektronikplatine jeweils mit einer Schlitzführung versehen sind. Das dahingehende Halteteil ist kostengünstig herstellbar und bildet eine für das Montagehandling sehr steife Verbindung von Sensor zur Elektronikplatine aus. Die Haltearme des Haltebügels verfügen über Federeigenschaften, die eine gute Dämpfung gegen Schock und Vibration bewirken.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungs gemäßen Sensoreinheit ist mindestens einer der beiden Haltear me mit einer Kontaktfahne versehen, die mittels einer Nietver bindung, vorzugsweise in Form eines Kunststoffnietes, mit der Elektronikplatine verbunden ist. Die Wärmeabführung der Ver lustleistung eines Abgangstransistors auf der Elektronikpla tine läßt sich aber die Koppelfläche in Form der Kontaktfahne des Haltebügels, vorzugsweise durch die am Transistor fixierte Nietverbindung, in optimaler Weise erreichen. Diese Wärmeabfuhr erlaubt die Ausgangsstufe der Sensorelektronik, in der Ver lustleistungen von 0,5 bis 1 W entstehen, entsprechend zu kühlen. Bei den heutigen elektronischen Bauelementen ist es zwar möglich, derartige Verlustleistungen unter Einbeziehung der Platinenfläche ohne Zusatzkühlung zu betreiben. Dies hat aber eine deutliche Aufheizung der Platine zur Folge und diese Erwärmung führt zu einer Beeinflussung der elektronischen Verstärkerschaltung. Es entstehen dadurch Temperaturdriften im Hinblick auf den Nullpunkt und die Meßspanne in relevantem Umfang, jeweils in Abhängigkeit der Endstufenverlustleistung. Die erfindungsgemäß vorgesehene Wärmeabfuhr über den Haltebü gel stellt eine geeignete Kühlung dar und vermeidet diesen Effekt.

Eine vorteilhafte Maßnahme zur Qualitätsverbesserung von Sensoren im Punkt Temperaturdrift von Nullpunkt und Spanne stellt die sog. aktive Kompensation dar. Hierzu wird mit einem temperaturempfindlichen Bauelement auf der Elektronikplatine oder dem Sensor direkt eine Erfassung der Temperatur durchge führt. In Abhängigkeit von diesem Signal werden dann schal tungstechnische Korrekturen der Ausgangsgrößen der Sensorelek tronik zur Minimierung des Temperatureffektes durchgeführt. Auch hierbei ist bei der Plazierung des Temperatursensorele mentes auf der Elektronikplatine eine möglichst gute thermi sche Kopplung dieses Sensorenelementes zum eigentlichen Sensor anzustreben, da im wesentlichen eine Kompensation des Sensor elementes herbeigeführt werden soll und erst in zweiter Linie eine Kompensation der Signalelektronik angestrebt wird. Diese Wärmekopplung Sensor-Temperaturkompensationszweig wird durch den erfindungsgemäßen Haltebügel ebenfalls in optimaler Weise erfüllt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Sensoreinheit stehen die beiden Haltearme über eine ringförmige Verbindungsplatte miteinander in Verbindung, die vorzugsweise über eine Buckelschweißung mit dem Gehäuse teil des Sensors verbindbar ist. Diese Art der Schweißung ist automatisierbar, mithin wirtschaftlich und ergibt gute HF-Ei genschaften.

Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden ist die erfindungsgemäße Sensoreinheit anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 und 2 die über das Halteteil mit dem Sensorgehäuse verbundene Elektronikplatine in Front- bzw. in Seitenansicht;

Fig. 3 bis 3c eine Front-, Seiten- und Draufsicht sowie ein Detail gemäß dem Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 3b des Halteteiles;

Fig. 4 eine zu einem Druckmeßumformer zusammenge setzte Sensoreinheit.

Wie insbesondere die Fig. 1 und 2 zeigen, weist die Sensorein heit einen Sensor 40 auf, der von einem Gehäuseteil 12 umgeben ist. Das Gehäuseteil 12 verfügt über einen Meßzapfen 14 mit einem Außengewinde 16 und läßt sich mithin per Hand oder mit einem Schraubenschlüssel, der an den Sechskantflächen 18 angreift, in eine Meßstelle (nicht dargestellt) einschrauben. Der Sensor 10 weist ferner ein Sensorelement 20 mit vier Anschlußleitungen 22 auf, die über Litzen 24 angelötet mit einer Elektronikplatine 26 elektrisch leitend verbunden sind.

Zwischen dem Gehäuseteil 12 des Sensors 10 und der Elektronik platine 26 ist ein Halteteil in Form eines Haltebügels 28 aus elektrisch leitfähigem Material, insbesondere aus dünnem Messingblech, angeordnet. Wie insbesondere die Fig. 3 bis 3b zeigen, weist der Haltebügel 28 zwei diametral einander gegen überliegende Haltearme 30 auf, die für einen Eingriff der Elektronikplatine 26 jeweils mit einer Schlitzführung 32 an ihrem freien Ende versehen sind. Wie insbesondere die Fig. 1 und 2 zeigen, greift die Platine 26 in die jeweilige Schlitz führung 32 randseitig ein und wird dort über eine Weichlötung mit dem Halteteil fest verbunden.

Der in der Fig. 3 gezeigte rechte Haltearm 30 ist mit einer plattenförmigen Kontaktfahne 34 versehen, die mittels einer Nietverbindung in Form eines Kunststoffnietes 36 (s. Fig. 1 und 2) mit der Elektronikplatine 26 verbunden ist.

Die beiden Haltearme 30 stehen über eine ringförmige Verbin dungsplatte 38 miteinander in Verbindung, wobei die Verbin dungsplatte 38 eine kreisförmige Mittenausnehmung 40 für den Durchgriff des Sensoranschlusses 20 aufweist. Auf der Unter seite weist die Verbindungsplatte 38 vier einander diametral gegenüberliegende, nach unten hin vorstehende noppenartige Buckel 42 auf, die, wie dies insbesondere die Fig. 3c zeigt, durch einen Präge- oder Drückvorgang aus der Verbindungsplatte 38 geformt sind. Über einen Schweißvorgang an der Stelle dieser Buckel 42 erfolgt die Verbindung des Haltebügels 28 mit der Oberseite das Sensor-Gehäuseteiles 12. Der Einfachheit halber sind diese Buckel in den Fig. 1, 2 und 4 nicht gezeigt.

Wie die Fig. 4 zeigt, ist das Gehäuseteil 12 des Sensors 10 mit einem zylindrischen Gehäusemantel 44 verbunden, der die Elek tronikplatine 26 umgibt, wobei der zwischen Gehäusemantel 44 und Elektronikplatine 26 verbleibende Hohlraum 46 mit einer Vergußmasse 48 ausgegossen ist, die am freien Ende der Elek tronikplatine 26 bündig mit dieser abschließt. Die Sensorein heit bildet einen als Ganzes mit 50 bezeichneten Druckmeßum former in Dünnfilm-Technologie aus, der zur Erfassung von Drücken auf den Gebieten der Hydraulik und Pneumatik einsetz bar ist. Über einen Anschluß 52 lassen sich die mittels der Elektronikplatine 26 verarbeitenden Signale über Leitungen 54, die mit der Platine 26 verbunden sind (Fig. 1 und 2), zur einer zentralen Meßwerterfassungsstelle (nicht dargestellt) weiter leiten.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion des Haltebügels 28 mit zwei Haltearmen 30 läßt sich die Wärmeabführung auf einem Schenkel des Haltebügels durchführen, wobei über den zweiten Schenkel 30 eine optimale Wärmekopplung der Sensortemperatur zum Temperaturfühler der Kompensationsschaltung erzielbar ist.

Claims

1. Sensoreinheit mit einem ein Gehäuseteil (12) aufweisenden Sensor (10) und mit einer die Sensorsignale verarbeitenden Elektronikplatine (26), dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronikplatine (26) mit dem Gehäuseteil (12) des Sen sors (10) über ein Halteteil elektrisch leitend verbunden ist.

2. Sensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteteil aus einem Haltebügel (28) gebildet ist, der zwei diametral einander gegenüberliegende Haltearme (30) aufweist, die für einen Eingriff der Elektronikplatine (26) jeweils mit einer Schlitzführung (32) versehen sind.

3. Sensoreinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltearme (30) mit der Elektronikplatine (26) mittels einer Weichlötung verbunden sind.

4. Sensoreinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, daß mindestens einer der beiden Haltearme (30) mit einer Kontaktfahne (34) versehen ist, die mittels einer Nietverbindung, vorzugsweise in Form eines Kunststoffnie tes (36), mit der Elektronikplatine (26) verbunden ist.

5. Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Haltearme (30) über eine ringförmige Verbindungsplatte (38) miteinander in Verbin dung stehen, die vorzugsweise über eine Buckelschweißung mit dem Gehäuseteil (12) des Sensors (10) verbindbar ist.

6. Sensoreinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsplatte (38) eine Mittenausnehmung (40) für den Durchgriff des Sensoranschlusses (20) aufweist.

7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Halteteil als Stanz- oder Formteil aus dünnem Blech, vorzugsweise Messingblech, hergestellt ist, das über eine gute Wärmeleitfähigkeit verfügt.

8. Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseteil (12) des Sensors (10) mit einem Gehäusemantel (44), der die Elektronikplatine (26) umgibt, verbunden ist, und daß der zwischen Gehäuse mantel (44) und Elektronikplatine (26) verbleibende Hohl raum (46) zumindest teilweise mit einer Vergußmasse (48) ausgegossen ist.

9. Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese als Druckmeßumformer (50) in Dünnfilm-Technologie auf dem Gebiet der Hydraulik und Pneumatik einsetzbar ist.