DE10014992A1 - Sensoranordnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung mit einer Druckmesszelle (6), die eine Messmembran aufweist, welche von dem druckbeaufschlagten Messmedium auslenkbar ist. Es ist eine Messbrücke als Sensorschaltung vorhanden, die direkt an der Messmembran angebracht ist. Eine Auswerteschaltung ist als Hybridschaltung (8) ausgebildet und ist an der Messmembran unter Herstellung elektrischer Verbindungen (9, 10) zwischen der Hybridschaltung (8) und der Sensorschaltung und einer Masseverbindung zum Gehäuse (2, 3) der Sensoranordnung (1) direkt befestigbar. Das Gehäuse (2, 3, 4) der Sensoranordnung (1) ist mehrteilig ausgeführt und die Kontaktierung der Anschlüsse der Hybridschaltung (8) mit Steckerstiften (11) des Gerätesteckers (4) kann beispielsweise mittels Druckkontakten (12, 13; 23) bewirkt werden.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, insbesondere für einen Hochdrucksensor nach dem Oberbegriff des Haupt­ anspruchs.

Beispielsweise ist aus der DE 196 03 674.7 A1 ein Druck­ sensor bekannt, bei dem die Signalerfassung mittels einer Druckmesszelle aus Edelstahl erfolgt, bei der auf der dem Messmedium abgewandten Seite auf einer Messmembran eine Widerstandsmessbrücke, z. B. in Dünnschichttechnik, ange­ ordnet ist. Bewegungen der Messmembran aufgrund von Druckänderungen des Messmediums führen hierbei zu Stau­ chungen oder Streckungen der Widerstandsbahnen und damit zu Widerstandsänderungen in den jeweiligen Widerständen. Die Ausnutzung dieser Widerstandsänderung und die Signalverstärkung erfolgt mit einer elektronischen Auswerte­ schaltung, die auf einer Leiterplatte angeordnet ist.

Die Kontaktierung von der Druckmesszelle zur Auswerte­ schaltung erfolgt hier über eine aufgelötete flexible Leiterbahnfolie oder ggf. auch über einen zusätzlichen Zwischenträger, ein sog. Spacer. Dieser Spacer wird dabei mittels Bondverbindungen mit der Druckmesszelle kontak­ tiert und die auf dem Spacer plazierte Auswerteschaltung wird verlötet. Die Kontaktierung der Auswerteschaltung an den weiterhin an der Sensoranordnung angebrachten Geräte­ stecker erfolgt dann entweder durch angelötete flexible Leitungen oder direkt über die Steckerpins, welche im Obergang zum Gehäuse der Sensoranordnung durch Weichgummi abgedichtet werden.

Bei der Herstellung eines solchen Drucksensors sollte ein kostengünstiger, konstruktiv einfacherer Sensoraufbau vorhanden sein, der für eine hohe Schüttel- und Tempera­ turbelastungen zur Hochdruckmessung in aggressiven Medi­ en, wie z. B. Öl, Diesel, Benzin, oder Bremsflüssigkeit in Kraftfahrzeug, geeignet ist.

Vorteile der Erfindung

Die Sensoranordnung der eingangs beschriebenen Art ist in der erfindungsgemäßen Weiterbildung mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch vorteilhaft, dass die Auswerteschaltung als Hybridschaltung mit der Sensor­ schaltung, d. h. mit der Messbrücke an der Messmembran, unter Herstellung elektrischer Verbindungen zwischen der Auswerteschaltung und der Sensorschaltung und einer Mas­ severbindung zum Gehäuse der Sensoranordnung, direkt be­ festigbar ist.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wer­ den die Kontaktierungen der Anschlüsse der Hybridschal­ tung mit den Steckerstiften des Gerätesteckers in der Sensoranordnung mittels Druckkontakten hergestellt. Die Druckkontakte können dabei auf einfache Weise entweder s- förmige Blattfedern oder Schraubendruckfedern sein, wobei die Schraubenfedern entweder auf der Hybridschaltung oder am Gerätestecker in einer Hülse als Halterung geführt sind.

Die erfindungsgemäße elektronischen Auswerteschaltung wird in an sich bekannter Hybridtechnik, z. B. als ASIC, gefertigt und kann direkt mit einer die Messmembran tra­ genden Messzelle über eine Klebung verbunden werden. Die notwendige elektrische Verbindung zur Gehäusemasse der Sensoranordnung wird dabei in vorteilhafter Weise ohne weitere Bauteile erreicht. Aufwendige Löt- oder Bondpro­ zesse können hierbei entfallen, da die elektrischen Ver­ bindungen gleichzeitig mit der Befestigung des Hybrid­ schaltung vorgenommen werden. Auch die beim Stand der Technik erforderlichen flexiblen Folien oder ein Zwi­ schenträger, sog. Spacer, als Verbindungselemente sind hier nicht erforderlich, wodurch erhebliche Kosten er­ spart werden können.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung sind die sehr kurzen und symmetrischen elektrischen Verbindungen zwischen der Messbrücke und der Auswerteschaltung. Damit wird eine sehr gute Verträglichkeit gegenüber elektroma­ gnetischer Einstrahlung erreicht. Die somit kompakte Bauform reduziert nicht nur die Anzahl von elektrischen Verbindungselementen sondern damit auch die Anzahl mögli­ cher Ausfallstellen, wodurch die Lebensdauer der Sen­ soranordnung erhöht wird. Zudem weist die kompakte Bauform weniger schwingungsanfälligere mechanische Teile auf und die Sensoranordnung ist schüttelbeständiger.

Mit den Schraubendruckfedern oder der s-förmigen Blattfe­ dern ist eine einfache, automatisierte Montage des Gerä­ testeckers möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Druckmesszelle auf einem mehrteiligen Druckstutzen montiert ist, bei dem die Messzelle zunächst auf einem Gewindestutzen befestigt ist, der zur Einleitung des Messmediums auf ein Aggregat aufschraubbar ist. Der Gewindestutzen ist mit einem Grundgehäuse fest verbunden.

Mit dem so geteilten Druckstutzen, bei dem das Grundge­ häuse und der Gewindestutzen getrennt hergestellt werden können, wird eine kleinere Bauhöhe der Sensoranordnung erreicht, da die Druckmesszelle zunächst ohne das Grund­ gehäuse auf den Gewindestutzen radial geschweißt werden kann. Die Herstellung des Druckstutzens ist damit kosten­ günstiger und an dem Gewindestutzen ist eine deutlich ge­ ringere Zerspanarbeit gegenüber der einteiligen Ausfüh­ rung erforderlich.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Gewindestutzen an­ schließend mit dem Grundgehäuse gewindeseitig verschweißt wird. Das Grundgehäuse kann dabei auf einfache Weise als ein für die Montage auf einem Aggregat vorteilhaften Sechskantgehäuse ausgeführt sein, wobei entweder ein ge­ frästes oder ein besonders kostengünstiges Tiefziehteil in Frage kommt. Ein solches Sechskantgehäuse kann aus we­ niger festem und damit kostengünstigerem Material als der Druckstutzen gefertigt werden. Außerdem ist über die so­ mit entstehende Metallummantelung der Auswerteschaltung ein verbessertes EMV-Verhalten der Sensoranordnung zu er­ warten, wobei dies insbesondere bei den kleinen Signalhü­ ben der Druckmesszelle vorteilhaft ist.

Insgesamt ist mit dem geteilten Druckstutzen eine mecha­ nische Spannungseinleitung in die Messzelle und damit eine Signaldrift durch das Anzugsmoment minimiert und durch das separate Grundgehäuse ist ein kürzerer Gerätestecker aus Kunststoff möglich, wodurch sich dessen mechanische Anbindung und damit die Schüttelbeständigkeit der gesam­ ten Anordnung verbessert.

Die Sensoranordnung kann vorzugsweise ein Hochdrucksensor zur Bestimmung des Drucks von Öl, Diesel, Benzin oder Bremsflüssigkeit in einem Kraftfahrzeug sein.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildun­ gen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehre­ ren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungs­ form der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausfüh­ rungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Sensoranord­ nung für einen Hochdrucksensor werden anhand der Zeich­ nung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausfüh­ rungsbeispiels eines Hochdrucksensors mit einer Hy­ bridschaltung an einer Druckmesszelle, die über ei­ nen separaten Gewindestutzen an einem Sechskantge­ häuse befestigt ist;

Fig. 2 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach der Fig. 1 mit einem Tiefziehteil als Sechs­ kantgehäuse und

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Sechskantgehäuse nach der Fig. 2.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Hochdrucksensor 1 dargestellt, dessen Gehäuseteile aus einem Gewindestutzen 2, einem Sechskant­ gehäuse 3 und einem Gerätestecker 4 bestehen. Mit dem Sechskantgehäuse 3 ist die gesamte Anordnung über den Ge­ windestutzen 2 auf ein Aggregat oder an eine druckführen­ de Leitung, z. B. ein Rail, schraubbar. In das Sechskant­ gehäuse 3 ist der Gerätestecker 4 über Dichtungen oder sonstige Verbindungsmethoden fest einfügbar.

Im Gewindestutzen 2 befindet sich ein Einlass 5 für das zu messende druckführende Medium und es ist am Abschluss des Einlasses 5 eine Druckmesszelle 6 mit einer Messmem­ bran angeordnet. Die Druckmesszelle 6 ist am Gewindestut­ zen 2 radial verschweißt.

An die Druckmesszelle 6 ist hier eine Metallscheibe 7 oder eine Metallhülse elektrisch leitend so angebracht, dass die Scheiben- oder Hülsenstirnfläche mit der Mem­ branfläche, auf der sich eine in an sich bekannter Weise arbeitende Widerstandsmessbrücke befindet, eine Ebene bildet. Auf dieses Gebilde ist die Leiterplatte mit einer Hybridschaltung 8 als Auswerteschaltung angebracht.

Die Hybridschaltung 8, z. B. ein sogenannates ASIC, hat auf der, der Druckmesszelle 6 zugewandten Seite, Kontakt­ flächen 9 und 10, die über Durchkontaktierungen mit der gegenüberliegenden Bauteilseite elektrisch verbunden sind. Die Kontaktflächen 9 sind geometrisch so angeord­ net, dass sie beim Zusammenfügen mit den Kontaktflächen der Widerstandsmessbrücke auf der Druckmesszelle 6 eine elektrische Verbindung herstellen. An der ev. umlaufenden Kontaktfläche 10 wird die Kontaktierung für die Gehäuse­ masse über die Metallscheibe 7 hergestellt.

Mit einem Leitkleber wird bei dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel die Hybridschaltung 8 an den Kontaktflächen 9 und 10 auf die Druckmesszelle 6 und die Metallscheibe 7 oder die Hülse geklebt. Damit ist auf einfache Weise so­ wohl die Kontaktierung der Hybridschaltung 8 zur Gehäuse­ masse und zur Widerstandsmessbrücke als auch die Befesti­ gung der Hybridschaltung 8 hergestellt.

Die elektrische Verbindung von der Hybridschaltung 8 zu den Steckerstiften 11 im Gerätestecker 4 erfolgt beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 beispielsweise über eine Druckfeder, bzw. eine s-förmige Blattfeder 13. Eine Seite der Blattfeder 13 ist hier direkt mit einem Leit­ kleber auf die Hybridschaltung 8 geklebt und kontaktiert auf der anderen Seite Steckerkontakte 14 der Steckerstif­ te 11. Bei der Kontaktierung mit der Druckfeder ist auf der Hybridschaltung 8 eine Hülse 15 als Halterung aufge­ klebt.

Aus Fig. 2 und Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel zu entnehmen, bei dem ein Sechskantgehäuse 20 als Tiefzieh­ teil hergestellt ist. Gleiche oder gleichwirkende Bauele­ mente sind hier mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der Fig. 1 versehen. Eine Druckmesszelle 21 ist ledig­ lich geometrisch angepasst an diese Ausführung entspre­ chend gestaltet und der Gerätestecker 4 ist über einen Klebstoff 22 am Sechskantgehäuse 20 gehalten.

Die Kontaktierung der Hybridschaltung mit den Stecker­ stiften 11 erfolgt hier mit Kontakten 23 und Schrauben­ druckfedern 12, die am Gerätestecker 4 in entsprechenden Hülsen 24 gehalten sind.

Claims (9)

1. Sensoranordnung, mit

• - einer Druckmesszelle (6), die eine Messmembran auf­ weist, welche von dem druckbeaufschlagten Messmedium auslenkbar ist, mit
• - einer Sensorschaltung, die direkt auf der Messmembran angebracht ist sowie einer damit verbundenen elektro­ nischen Auswerteschaltung (8) und mit
• - einem mit der Sensorschaltung und/oder die Auswerte­ schaltung (8) kontaktierbaren Gerätestecker (4), da­ durch gekennzeichnet, dass
• - die Auswerteschaltung als Hybridschaltung (8) ausge­ bildet ist und an der Messmembran unter Herstellung elektrischer Verbindungen (9, 10) zwischen der Hybrid­ schaltung (8) und der Sensorschaltung und einer Masse­ verbindung zum Gehäuse (2, 3) der Sensoranordnung (1) direkt befestigbar ist.

2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass

• - die Kontaktierung der Anschlüsse der Hybridschaltung (8) mit Steckerstiften (11) des Gerätesteckers (4) mittels Druckkontakten (12, 13; 23) bewirkt ist.

3. Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass

• - die Druckkontakte s-förmige Blattfedern (13) sind.

4. Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass

• - die Druckkontakte Schraubendruckfedern (12; 23) sind, die entweder auf der Hybridschaltung (8) oder am Gerä­ testecker (4) in einer Hülse (15; 24) als Halterung ge­ führt sind.

5. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

• - die Druckmesszelle (6) an einem mehrteiligen Druck­ stutzens gehalten ist, bei dem die Druckmesszelle (6) auf einem Gewindestutzen (2) befestigt ist, der zur Einleitung des Messmediums auf ein Aggregat oder eine Leitung aufschraubbar ist, und dass
• - der Gewindestutzen (6) mit einem Grundgehäuse (3) zur Montage der Sensoranordnung (1) und zur Aufnahme des Gerätesteckers (4) fest verbunden ist.

6. Sensoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass

• - die Druckmesszelle (6) auf dem Gewindestutzen (2) radi­ al verschweißt ist und der Gewindestutzen (2) mit dem Grundgehäuse (3) gewindeseitig verschweißt ist.

7. Sensoranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass

• - das Grundgehäuse ein Sechskantgehäuse (3; 20) ist.

8. Sensoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass

• - das Sechskantgehäuse (20) ein Tiefziehteil ist.

9. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

• - die Sensoranordnung (1) ein Hochdrucksensor zur Bestim­ mung des Drucks von Öl, Diesel, Benzin oder Bremsflüs­ sigkeit in einem Kraftfahrzeug ist.