DE102004004442A1

DE102004004442A1 - Füllstandsensoren und Verfahren zu deren Herstellung

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Publication number: DE102004004442A1
Application number: DE200410004442
Authority: DE
Inventors: Volker Dr. Reimann
Original assignee: Matsushita Electronic Components Europe GmbH; Matsushita Electronic Components Co Ltd
Current assignee: Matsushita Electronic Components Europe GmbH; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2005-08-25

Abstract

Es werden Füllstandssensoren mit einer Mehrzahl von kapazitiven Sensorelementen, die entlang einer Füllstrecke aufeinanderfolgend angeordnet sind, sowie Verfahren zu deren Herstellung beschrieben. Die Sensorelemente sind jeweils durch einen ersten und einen zweiten Leiterbahnabschnitt (111, 112; 311, 312) einer Leiterbahnstruktur (10; 30) gebildet, wobei ein Trägermaterial in Form von mindestens einer Trägerfolie (20, 21; 40, 41) vorgesehen ist, das die Leiterbahnstruktur (10; 30) zumindest teilweise umschließt. Weiterhin werden Verfahren zur Herstellung von solchen Füllstandssensoren beschrieben, bei denen zunächst die Leiterbahnstruktur (10; 30) zum Beispiel durch Ausstanzen oder Ätzen aus einer elektrisch leitenden Platte erzeugt und dann zumindest teilweise mit einer Trägerfolie (20, 21; 40, 41) umschlossen und schließlich ggf. durch Biegen kontaktiert wird. Ein wesentlicher Vorteil dieser Füllstandssensoren und der Verfahren besteht darin, daß die Leiterbahnstruktur (10; 30) aus Metallplatten beziehungsweise einseitig beschichtetem Basismaterial hergestellt werden kann und daß Klebstoffe, die im allgemeinen nicht dauerhaft lösemittelbeständig sind, nicht benötigt werden.

Description

Die Erfindung betrifft Füllstandsensoren mit einer Mehrzahl von kapazitiven Sensorelementen, die entlang einer Füllstrecke aufeinanderfolgend angeordnet sind, sowie Verfahren zu deren Herstellung.

Bei Füllstandsensoren dieser Art, wie sie zum Beispiel in der DE 196 44 777 C1 und der WO 00/63657 beschrieben werden, wird die Kapazität von einzelnen, entlang einer Füllstrecke aufeinanderfolgend angeordneten Sensorelementen durch die Höhe des Füllstandes eines Füllmediums und dessen Dielektrizitätskonstante verändert. Zur Erfassung dieser Kapazitätsänderungen sind zahlreiche Verfahren bekannt. Um den Aufwand für die Verdrahtung der Sensorelemente zu reduzieren, werden zum Beispiel Gruppen von Sensorelementen gebildet und eine oder beide Elektroden der Sensorelemente, die zu einer bzw. verschiedenen Gruppen gehören, miteinander verbunden und gemeinsam angesteuert.

Die kapazitiven Sensorelemente sind dabei im allgemeinen in Form von Leiterbahnen auf eine Seite einer Leiterplatine aufgebracht, während auf der anderen Seite die Elektroden über weitere Leiterbahnen miteinander verbunden sind. Dies erfordert die Verwendung von beidseitig mit elektrisch leitendem Material beschichteten Platinen sowie zahlreiche Durchkontaktierungen durch die Platine zur elektrischen Verbindung der beiderseitigen Leiterbahnen. Diese beiden Erfordernisse haben relativ hohe Material- und Fertigungskosten zur Folge.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß die Leiterbahnen nicht mit den üblichen Klebstoffen auf der Leiterplatine fixiert werden können, da diese Klebstoffe im allgemeinen nicht oder nicht ausreichend dauerhaft lösemittelbeständig sind und somit nicht nur durch das Füllmedium, insbesondere wenn es sich um Treibstoffe handelt, abgelöst werden können, sondern dieses dann auch verunreinigen.

Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht deshalb darin, einen Füllstandsensor der oben genannten Art anzugeben, der in relativ einfacher Weise und relativ kostengünstig hergestellt werden kann.

Weiterhin soll mit der Erfindung ein Füllstandsensor der oben genannten Art geschaffen werden, der in wesentlich höherem Maße lösemittelbeständig ist, als die genannten bekannten Füllstandsensoren.

Schließlich soll auch ein Verfahren angegeben werden, mit dem ein erfindungsgemäßer Füllstandsensor in relativ einfacher und kostengünstiger Weise hergestellt werden kann.

Gelöst wird die Aufgabe mit einem Füllstandsensor gemäß Anspruch 1 bzw. einem Verfahren zur Herstellung eines solchen Füllstandsensors gemäß Anspruch 9.

Besondere Vorteile dieser Lösungen bestehen darin, daß keine zweiseitig mit Leiterbahnen beschichteten Platinen oder ein ähnliches Trägermaterial, auf dem die Leiterbahnen mit Klebstoff befestigt sind (und durchkontaktiert werden müßten), erforderlich sind, so daß sich aufgrund der geringeren Material- und Herstellungskosten erhebliche Kostenvorteile ergeben und auch die genannten Probleme hinsichtlich einer nicht dauerhaften Lösemittelbeständigkeit nicht auftreten können.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
1 ein Prinzipschaltbild eines Füllstandsensors;
2 eine Leiterbahnstruktur zur Herstellung einer ersten Ausführungsform des Füllstandsensors;
3 eine dreidimensionale Struktur der Sensorelemente der ersten Ausführungsform des Füllstandsensors;
4 die Struktur gemäß 3 mit Verbindungen für erste Elektroden der Sensorelemente;
5 die Struktur gemäß 3 mit Verbindungen für die ersten und zweiten Elektroden der Sensorelemente;
6 eine Leiterbahnstruktur zur Herstellung einer zweiten Ausführungsform des Füllstandsensors;
7 eine erste Darstellung der zweiten Ausführungsform des Füllstandsensors;
8 eine zweite Darstellung der zweiten Ausführungsform des Füllstandsensors;
9 eine schematische Schnittansicht durch eine Leiterbahnstruktur gemäß 2;
10 verschiedene Fertigungsschritte für die erste Ausführungsform des Füllstandsensors im Querschnitt;
11 einen Querschnitt durch die erste Ausführungsform des Füllstandsensors in weitgehend fertiggestelltem Zustand;
12 eine schematische Schnittansicht durch eine Leiterbahnstruktur gemäß 6;
13 verschiedene Fertigungsschritte für die zweite Ausführungsform des Füllstandsensors im Querschnitt; und
14 Querschnitte durch die zweite Ausführungsform des Füllstandsensors in weitgehend fertiggestelltem Zustand.
1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Füllstandsensors, der eine Mehrzahl von entlang einer Füllstrecke aufeinanderfolgend angeordneten kapazitiven Sensorelementen sowie eine Mehrzahl von Verbindungsleitungen für die Elektroden der Sensorelemente aufweist. Die Sensorelemente sind in Gruppen G1, G2, G3, ..., Gn eingeteilt, die in der dargestellten Ausführungsform jeweils acht Sensorelemente 0 bis 7 aufweisen. Die Kapazität jedes Sensorelementes ist durch das Dielektrikum eines zwischen die Elektroden tretenden Füllmediums beeinflußbar, dessen Füllstandshöhe gemessen werden soll.
Die Sensorelemente 0 bis 7 weisen jeweils eine erste und eine zweite Elektrode auf, die mit Anschlußelektroden 12, 13 zur Verbindung des Füllstandsensors mit einer Füllstandauswerteschaltung (nicht dargestellt) verbunden sind.
In dem in 1 dargestellten Fall sind die ersten Elektroden der Sensorelemente 0 bis 7 jeder Gruppe G1, G2, .. jeweils miteinander verbunden und als gemeinsame Gruppen- oder Gegenelektrode 12 jeder Gruppe mit einer Füllstandauswerteschaltung verbunden. Für acht Gruppen des Füllstandsensors ergeben sich somit acht Gruppen- oder Gegenelektroden 12.
Weiterhin sind die zweiten Elektroden der jeweils ersten, zweiten, dritten usw. Sensorelemente 0, 1, 2, ... jeder Gruppe G1, G2, ... jeweils miteinander verbunden und als Meßelektroden 13 mit der Füllstandauswerteschaltung verbunden. Für den dargestellten Füllstandsensor mit jeweils acht Sensorelementen pro Gruppe ergeben sich somit insgesamt acht Meßelektroden 13.
Dadurch ist es möglich, durch entsprechende Auswahl der Gruppenelektrode 12 und der Meßelektrode 13 alle Sensorelemente 0, 1, 2, ... einzeln anzusteuern.
2 zeigt eine Leiterbahnstruktur 10 zur Herstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Füllstandsensors. Die Leiterbahnstruktur 10 umfaßt eine Mehrzahl von parallel zueinander und alternierend angeordneten ersten und zweiten Leiterbahnabschnitten 111, 112 (unterbrochen dargestellt), wobei jeder erster Leiterbahnabschnitt 111 jeweils eine erste Elektrode eines der Sensorelemente und jeder zweite Leiterbahnabschnitt 112 jeweils eine zweite Elektrode eines der Sensorelemente bildet.
An einer Seite der Leiterbahnabschnitte 111, 112 befinden sich die Gruppen- oder Gegenelektroden 12, die jeweils elektrisch mit allen ersten Leiterbahnabschnitten 111 jeweils einer Gruppe G1, G2, G3, ... verbunden sind.
An der gegenüberliegenden Seite der Leiterbahnabschnitte 111, 112 befinden sich die Meßelektroden 13, die jeweils mit einem ersten Ende der zweiten Leiterbahnabschnitte 112 der ersten Gruppe G1 verbunden sind. Die ersten Enden der zweiten Leiterbahnabschnitte 112 der zweiten, dritten und jeder weitere Gruppe G2, G3, ... sind über jeweils eine Verbindungsleitung 133 mit jeweils einem ersten Kontaktfeld 131 verbunden. Ferner weisen die gegenüberliegenden zweiten Enden der zweiten Leiterbahnabschnitte 112 aller Gruppen G1, G2, G3, ... jeweils ein zweites Kontaktfeld 132 auf.
Die Verbindungsleitungen 133 haben gemäß 2 einen solchen Verlauf, daß den zweiten Kontaktfeldern 132 der zweiten Leiterbahnabschnitte 112 einer Gruppe G1 (G2, ...) jeweils an der anderen Seite der Leiterbahnabschnitte ein erstes Kontaktfeld 131 gegenüberliegt, das über eine der Verbindungsleitungen 133 mit einem ersten Ende eines zweiten Leiterbahnabschnitts 112 einer benachbarten Gruppe G2 (G3, ...) verbunden ist.
Die einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Kontaktfelder 131, 132 gehören dabei jeweils zu zweiten Leiterbahnabschnitten 112 der ersten bzw. zweiten usw. Sensorelemente von benachbarten Gruppen G1, G2; G2, G3, ... usw.
Die in 2 unterbrochen dargestellte Länge der Leiterbahnabschnitte 111, 112 wird so gewählt, daß diese gemäß 3 zu einem zumindest nahezu geschlossenen Kreis gebogen werden können, so daß die Sensorelemente insgesamt eine im wesentlichen zylindrische dreidimensionale Struktur 11 bilden und die einander gegenüberliegenden Kontaktfelder 131, 132 jeweils miteinander kontaktiert werden können.
Anstelle des im wesentlichen kreisförmigen Querschnitts der Struktur 11 der Sensorelemente sind jedoch auch andere Querschnittsformen wie zum Beispiel quadratische, rechteckige, ovale oder unregelmäßige Formen realisierbar.
4 zeigt die Sensorelement-Struktur 11 gemäß 3 mit den Meßelektroden 13, die gemäß obiger Erläuterung mit den ersten Enden der zweiten Leiterbahnabschnitte 112 der ersten Gruppe G1 von Sensorelementen verbunden sind. In dieser Darstellung ist erkennbar, daß die zweiten Enden der zweiten Leiterbahnabschnitte 112 der ersten Gruppe G1 jeweils mit dem ersten Ende der zweiten Leiterbahnabschnitte 112 der benachbarten zweiten Gruppe G2 usw. verbunden sind.
5 zeigt die Struktur 11 gemäß 4, die zusätzlich mit den Gruppen- oder Gegenelektroden 12 ergänzt ist. Jede Gruppen- oder Gegenelektrode 12 verbindet dabei jeweils alle ersten Leiterbahnabschnitte 111 (d. h. die ersten Elektroden der Sensorelemente) einer Gruppe miteinander.
Die Verbindung der entsprechenden zweiten Leiterbahnabschnitte 112 in der oben beschriebenen Weise erfolgt dabei durch Biegen bzw. Knicken der in 2 gezeigten Leiterbahnstruktur 10 und durch elektrisches Kontaktieren der einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Kontaktfelder 131, 132. Die elektrische Verbindung der Kontaktfelder 131, 132 wird vorzugsweise mittels Lötpaste o.ä. sichergestellt.
6 zeigt eine Leiterbahnstruktur 30 zur Herstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Füllstandsensors. Die Leiterbahnstruktur 30 umfaßt wiederum eine Mehrzahl von parallel zueinander und alternierend angeordneten ersten und zweiten Leiterbahnabschnitten 311, 312 (unterbrochen dargestellt), wobei jeder erster Leiterbahnabschnitt 311 jeweils eine erste Elektrode eines der Sensorelemente und jeder zweite Leiterbahnabschnitt 312 jeweils eine zweite Elektrode eines der Sensorelemente bildet.
An einer Seite der Leiterbahnabschnitte 311, 312 befinden sich die Gruppen- oder Gegenelektroden 32, die jeweils elektrisch mit allen ersten Leiterbahnabschnitten 311 jeweils einer Gruppe G1, G2, G3, ... verbunden sind.
An der gegenüberliegenden Seite der Leiterbahnabschnitte 311, 312 befinden sich die Meßelektroden 33, die jeweils mit einem ersten Ende der zweiten Leiterbahnabschnitte 312 der ersten Gruppe G1 von Sensorelementen verbunden sind. Die ersten Enden der zweiten Leiterbahnabschnitte 312 der zweiten, dritten und jeder weitere Gruppe G2, G3, ... sind über jeweils eine erste Verbindungsleitung 333 mit jeweils einem ersten Kontaktfeld 331 verbunden.
Ferner sind die gegenüberliegenden zweiten Enden der zweiten Leiterbahnabschnitte 112 aller Gruppen G1, G2, G3, ... über jeweils eine zweite Verbindungsleitung 334 mit einem zweiten Kontaktfeld 332 verbunden.
Die ersten und zweiten Verbindungsleitungen 333, 334 haben gemäß 6 einen solchen Verlauf, daß den zweiten Kontaktfeldern 332 der zweiten Leiterbahnabschnitte 312 einer Gruppe G1 (G2, ...) jeweils an der anderen Seite der Leiterbahnabschnitte ein erstes Kontaktfeld 331 gegenüberliegt, das mit einem ersten Ende eines zweiten Leiterbahnabschnitts 312 einer benachbarten Gruppe G2 (G3, ...) verbunden ist.
Die einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Kontaktfelder 331, 332 gehören dabei jeweils zu zweiten Leiterbahnabschnitten 112 der ersten bzw. zweiten usw. Sensorelemente von benachbarten Gruppen G1, G2; G2, G3, ... usw.
Die in 6 unterbrochen dargestellte Länge der Leiterbahnabschnitte 311, 312 wird so gewählt, daß diese gemäß den 7 und 8 und im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform (3) zu einem zumindest weitgehend geschlossenen Kreis gebogen werden können, so daß die Sensorelemente insgesamt eine im wesentlichen zylindrische dreidimensionale Struktur 31 bilden und die einander gegenüberliegenden Kontaktfelder 331, 332 jeweils miteinander kontaktiert werden können.
Anstelle des im wesentlichen kreisförmigen Querschnitts der Struktur 31 der Sensorelemente sind jedoch auch andere Querschnittsformen wie zum Beispiel quadratische, rechteckige, ovale oder unregelmäßige Formen realisierbar.
Die 7 und 8 zeigen den Füllstandsensor mit der Struktur 31 der Sensorelemente, die aus jeweils einem ersten und einem zweiten Leiterbahnabschnitt 311, 312 (den ersten und zweiten Elektroden) gebildet sind, sowie die Gruppen- oder Gegenelektroden 32 und die Meßelektroden 33 zur Verbindung des Füllstandsensors mit einer Auswerteschaltung.
Die Verbindung der entsprechenden zweiten Leiterbahnabschnitte 312 in der oben beschriebenen Weise erfolgt dabei durch Biegen bzw. Falten der in 6 gezeigten Leiterbahnstruktur 31 und durch Kontaktieren der zu beiden Seiten der Leiterbahnabschnitte 312 einander gegenüberliegenden Kontaktfelder 331. Die elektrische Verbindung der Kontaktfelder 331 wird vorzugsweise mittels Lötpaste o.ä. sichergestellt.
Die Gruppen- oder Gegenelektroden 32 und die Meßelektroden 33 erstrecken sich gemäß den 7 und 8 nach dem Biegen und Aufeinanderlegen vorzugsweise in Form von flachen Lötabschnitten vom Umfang der Struktur 31 der Sensorelemente in im wesentlichen radialer Richtung, so daß eine relativ einfache Verbindung des Füllstandsensors zum Beispiel über Flachbandkabel mit einer entsprechenden Auswerteschaltung möglich ist.
Ein Vorteil von solchen, zumindest im wesentlichen rohr- oder tubusähnlichen Sensorelement-Strukturen 11, 31 besteht darin, daß sie gleichzeitig als hydrodynamische Dämpfung für das in dem von ihnen umschlossenen Innenraum stehende Füllmedium dienen, so daß der bei bekannten Füllstandsensoren im allgemeinen zu diesem Zweck gesondert vorgesehene Tubus, in den der Füllstandsensor eingebracht wird, entfallen kann.
Weiterhin verbessern diese Strukturen 11, 31 auch die mechanische Stabilität und Festigkeit des Füllstandsensors, ohne daß zu diesem Zweck ein gesondertes Trägermaterial erforderlich ist.
Ein Füllstandsensor gemäß der ersten Ausführungsform kann zum Beispiel gemäß der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den 9 bis 11 hergestellt werden.
Zunächst wird die in 2 gezeigte Leiterbahnstruktur 10 zum Beispiel dadurch erzeugt, daß sie aus einer Platte aus einem elektrisch leitenden Material ausgestanzt oder zum Beispiel aus einer auf ein Basismaterial aufgebrachten Metallschicht herausgeätzt wird.
Gemäß der in 9 gezeigten Schnittansicht wird auf die obere und die untere Seite der gestanzten Leiterbahnstruktur 10 zur elektrischen Isolierung zunächst jeweils eine erste bzw. eine zweite Folie 20, 21 aus einem elektrisch nicht leitenden Material gelegt. Auf der in 9 linken Seite befinden sich dabei die Gruppen- oder Gegenelektroden 12 und die zweiten Kontaktfelder 132 und auf der rechten Seite die Meßelektroden 13, die Verbindungsleitungen 133 und die ersten Kontaktfelder 131.
Wie aus 9 auch deutlich wird, erstreckt sich die erste Folie 20 etwas über den linken Rand der Leiterbahnstruktur 10 hinaus, während die zweite Folie 21 im Gegensatz dazu eine geringere Breite als die Leiterbahnstruktur 10 aufweist und zumindest die zweiten Kontaktfelder 132 freiläßt. Auf der in 9 gegenüberliegenden rechten Seite der Leiterbahnstruktur 10 lassen die beiden Folien 20, 21 die ersten Kontaktfelder 131 frei.
Die mit den beiden Folien 20, 21 belegte Leiterbahnstruktur 10 wird nun gemäß den 10(A) und 10(B) zu einem Rohr gebogen, wobei gleichzeitig die Folien 20, 21 und die Leiterbahnstruktur 10 zum Beispiel durch Hitze- und/oder Druckeinwirkung laminiert bzw. aneinander fixiert werden. Vorzugsweise ist ein kreissegmentförmiger Träger 23 aus Kunststoff vorgesehen, um den die Leiterbahnstruktur 10 mit den Folien 20, 21 gelegt wird und der zum Beispiel den späteren Einbau des Füllstandsensors in einen Behälter erleichtert bzw. den Sensor hält.
Die Sensorstruktur wird vorzugsweise gemäß 10(A) und 10(B) sowie Pfeil B um eine vorzugsweise beheizbare Form 24 gebogen, die den kreissegmentförmigen Träger 23 im Querschnitt zu einem Kreis ergänzt. Weiterhin ist eine entlang des Umfangs des Trägers 23 und der Form 24 gemäß Pfeil C abrollbare Walze 25 vorgesehen, die ebenfalls vorzugsweise beheizbar ist und mit der die Verbindung zwischen den Folien 20, 21 und der Leiterbahnstruktur 10 herbeigeführt wird.
Im einzelnen wird zunächst die mit den Folien 20, 21 belegte Leiterbahnstruktur 10 mit dem Meßelektroden-seitigen Abschnitt und den daran angrenzenden Bereichen auf die flache Seite des Trägers 23 aufgelegt, und zwar in der Weise, daß die ersten Kontaktfelder 131 über den in der 10(A) rechten Rand des Trägers 23 hinausragen und anschließend auf dessen gekrümmte Seite (d. h. in der Darstellung nach oben) umgebogen bzw. umgeknickt werden können.
Anschließend wird die Form 29 an die flache Seite des Trägers 23 angesetzt, so daß diese den Träger 23 im Querschnitt zu einem Kreis ergänzt und der genannte Abschnitt der Leiterbahnstruktur 10 zwischen der Form 24 und dem Träger 23 liegen.
Mit dem nächsten Schritt wird nun das freie Ende der mit den Folien 20, 21 belegten Leiterbahnstruktur 10 mit Hilfe der beheizten Walze 25 um die Form 24 und den Träger 23 herumgebogen. Zu diesen Zweck rollt die Walze 25 in der durch den Pfeil B angedeuteten Richtung um die Form 24 und den Träger 23 herum ab, wobei sie sich gemäß Pfeil C dreht.
Nachdem die Walze 25 nach einem vollständigen Umlauf wieder ihre Ausgangsstellung erreicht hat, umschließt gemäß 10(B) die Leiterbahnstruktur 10 die Form 24 und zumindest teilweise auch die gekrümmte Seite des Trägers 23, so daß die ersten und zweiten, jeweils einander gegenüberliegenden Kontaktfelder 131, 132 in der oben beschriebenen Weise miteinander kontaktieren und die gesamte Leiterbahnstruktur 10 an dem Träger 23 fixiert ist. Zur Verbesserung der elektrischen Kontaktgabe können die Kontaktfelder 131, 132 zuvor zum Beispiel mit Lötpaste bestrichen werden.
Die Form 24 kann nun aus dem rohrförmigen Füllstandsensor herausgezogen werden.
Die Kontaktierung der Meßelektroden 13 erfolgt vorzugsweise durch das Innere des Füllstandsensors am Rand der flachen Seite des Trägers 23. Die Gruppen- oder Gegenelektroden 12 erstrecken sich entlang der gegenüberliegenden gekrümmten (das heißt äußeren) Seite des Trägers 23.
11 zeigt in vergrößerter Querschnittsdarstellung den im wesentlichen fertiggestellten Füllstandsensor nach dem Herausziehen der Form 24.
Die Sensorstruktur erstreckt sich, beginnend mit dem Meßelektroden-seitigen Abschnitt der Leiterbahnstruktur 10 an der flachen Seite des Trägers 23, über den durch die Form 24 vorgegebenen Kreis und endet an der gekrümmten Seite des Trägers 23, auf der die Gruppen- oder Gegenelektroden 12 und das Ende der ersten Folie 20 aufliegen. Weiterhin sind der Schichtaufbau der Sensorstruktur aus den Folien 20, 21 und der dazwischen liegenden, gestanzten Leiterbahnstruktur 10 sowie die ersten und zweiten Kontaktfelder 131, 132 angedeutet.
Ein Füllstandsensor gemäß der zweiten Ausführungsform kann zum Beispiel gemäß der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den 12 bis 14 hergestellt werden.
Zunächst wird die in 6 gezeigte Leiterbahnstruktur 30 zum Beispiel dadurch erzeugt, daß sie aus einer Platte aus einem elektrisch leitenden Material ausgestanzt oder zum Beispiel aus einer auf ein Basismaterial aufgebrachten Metallschicht herausgeätzt wird.
Gemäß der in 12 gezeigten Schnittansicht wird auf die obere und die untere Seite der gestanzten Leiterbahnstruktur 30 zur elektrischen Isolierung zunächst jeweils eine erste bzw. eine zweite Folie 40, 41 aus einem elektrisch nicht leitenden Material gelegt. Auf der in 12 rechten Seite befinden sich dabei die Gruppen- oder Gegenelektroden 32 mit den zweiten Kontaktfeldern 332, und auf der linken Seite die Meßelektroden 33 mit den ersten Kontaktfeldern 331. Die erste und zweite Folie 40, 41 und die Leiterbahnstruktur 30 werden zum Beispiel durch Hitze- und/oder Druckeinwirkung laminiert bzw. aneinander fixiert.
Wie aus den 12 und 13(A) auch deutlich wird, ist die erste Folie 40 an den beiderseitigen Kontaktfeldern 331, 332 jeweils unterbrochen. Auf diese Kontaktfelder 331, 332 wird Lötpaste aufgebracht, die zur späteren elektrischen Kontaktierung dient. Die mit der ersten und zweiten Folie 40, 41 belegte Leiterbahnstruktur 30 wird nun gemäß 13(B) an den Endbereichen etwa rechtwinklig umgebogen, wobei die Kontaktfelder 331, 332 jeweils an der Außenseite liegen.
Die Leiterbahnstruktur 30 wird mit der ersten und zweiten Folie 40, 41 dann vorzugsweise gemäß 13(C) sowie den Pfeilen D um eine vorzugsweise beheizbare und zylindrische Form 44 gebogen. Zu diesem Zweck sind vorzugsweise zwei entlang des Umfangs der Form 44 gemäß den Pfeilen E gegensinnig abrollbare Walzen 45 vorgesehen, die vorzugsweise beheizbar sind und mit denen die Verformung der ersten und zweiten Folie 40, 41 und der Leiterbahnstruktur 30 erleichtert wird.
Nach vollständiger Biegung der ersten und zweiten Folie 40, 41 und der Leiterbahnstruktur 30 um die Form 44 werden gemäß 13(D) die abgewinkelten Endbereiche der Leiterbahnstruktur 30 mit den Gruppen- oder Gegenelektroden 32 bzw. den Meßelektroden 33 durch zwei vorzugsweise beheizbare Formen 46 zusammengepreßt. Dadurch werden die beiden gegenüberliegenden Bereiche der ersten Folie 40 miteinander verbunden und die ersten und zweiten Kontaktfelder 331, 332 über die vorher aufgebrachte Lötpaste elektrisch miteinander verbunden.
Die Form 44 kann nun aus dem rohrförmigen Füllstandsensor herausgezogen werden.
14(A) zeigt in Querschnittsdarstellung den im wesentlichen fertiggestellten Füllstandsensor nach dem Herausziehen der Form 44.
Aus dieser Darstellung wird deutlich, daß die zweite Folie 41 den Füllstandssensor entlang seines äußeren Umfangs umschließt, während die erste Folie 40 entlang des Innenumfangs der Leiterbahnstruktur 30 verläuft.
Schließlich ist in 14(B) in vergrößerter Darstellung der Schichtaufbau zu erkennen, der durch die sich radial von der Struktur 31 der Sensorelemente wegstreckenden Endbereiche der Leiterbahnstruktur 30 gegeben ist. Dieser Schichtaufbau umfaßt die die Gruppen- oder Gegenelektroden 32, die Meßelektroden 33 und die ersten und zweiten Verbindungsleitungen 333, 334 bildenden Abschnitte der Leiterbahnstruktur 30 sowie die diese umschließende erste und die zweite Folie 40, 41 mit den einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Kontaktfeldern 331, 332.

Claims

Füllstandsensor mit einer Mehrzahl von kapazitiven Sensorelementen, die entlang einer Füllstrecke aufeinanderfolgend angeordnet sind, bei dem die kapazitiven Sensorelemente jeweils durch einen ersten und einen zweiten Leiterbahnabschnitt (111, 112; 311, 312) einer Leiterbahnstruktur (10; 30) gebildet sind, und bei dem ein Trägermaterial in Form von mindestens einer Trägerfolie (20, 21; 40, 41) vorgesehen ist, das die Leiterbahnstruktur (10; 30) zumindest teilweise umschließt.
Füllstandsensor nach Anspruch 1, bei dem zumindest Teile der Leiterbahnstruktur (10; 30) so geformt sind, daß sie ein sich zumindest im wesentlichen entlang der Füllstrecke erstreckendes Füllvolumen zumindest teilweise umschließen.
Füllstandsensor nach Anspruch 2, bei dem zumindest Teile der Leiterbahnstruktur (10; 30) so geformt sind, daß sie eine hydrodynamische Dämpfung auf das umschlossene Füllvolumen ausüben.
Füllstandsensor nach Anspruch 1, bei dem die Sensorelemente in mindestens zwei Gruppen (G1, G2, G3, ... Gn) unterteilt sind, wobei zur Verbindung des Füllstandsensors mit einer Auswerteschaltung alle ersten Leiterbahnabschnitte (111; 311) einer Gruppe mit einer Gruppenelektrode (12; 32) und die zweiten Leiterbahnabschnitte (112; 312) der ersten, zweiten usw. Sensorelemente aller Gruppen (G1, G2, G3, ... Gn) jeweils mit einer Meßelektrode (13; 33) verbunden sind.
Füllstandsensor nach Anspruch 4, bei dem die Meßelektroden (13; 33) jeweils mit einem ersten Ende der zweiten Leiterbahnen (112; 312) einer ersten Gruppe (G1) von Sensorelementen verbunden sind und die ersten Enden der zweiten Leiterbahnabschnitte (112; 312) der weiteren Gruppen (G2, G3, ... Gn) jeweils ein erstes Kontaktfeld (131; 331) und die zweiten Enden der zweiten Leiterbahnabschnitte (112; 312) aller Gruppen (G1, G2, G3, ... Gn) jeweils ein zweites Kontaktfeld (132; 332) aufweisen.
Füllstandsensor nach Anspruch 5, bei dem die ersten und zweiten Kontaktfelder (131, 132; 331, 332) so angeordnet sind, daß durch Formen bzw. Biegen der Leiterbahnstruktur (10; 30) jeweils ein erstes Kontaktfeld (131; 331) einer Gruppe mit einem zweiten Kontaktfeld (132; 332) einer benachbarten Gruppe kontaktierbar ist.
Füllstandsensor nach Anspruch 6, bei dem die ersten und/oder die zweiten Kontaktfelder (131, 132; 331, 332) über erste bzw. zweite Verbindungsleitungen (133; 333, 334) mit den zweiten Leiterbahnabschnitten (112; 312) verbunden sind.
Füllstandsensor nach Anspruch 4, bei dem sich die Gruppenelektroden (32) und die Meßelektroden (33) von den ein Füllvolumen zumindest teilweise umschließenden Leiterbahnabschnitten (311, 312) in im wesentlichen radialer Richtung nach außen erstrecken.
Verfahren zur Herstellung eines Füllstandsensors nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgenden Schritten: – Erzeugen einer Leiterbahnstruktur (10; 30) mit einer Mehrzahl von ersten und zweiten Leiterbahnabschnitten (111, 112; 311, 312) zur Bildung einer Mehrzahl von kapazitiven Sensorelementen, – Beschichten von zumindest Teilen der Leiterbahnstruktur (10; 30) mit mindestens einer Trägerfolie (20, 21; 40, 41), die die Leiterbahnstruktur (10; 30) zumindest teilweise umschließt und – Kontaktieren der Leiterbahnabschnitte (111, 112; 311, 312) zur Verbindung des Füllstandsensors mit einer Auswerteschaltung.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem, die Leiterbahnstruktur (10; 30) mit einer Mehrzahl von ersten und zweiten Kontaktfeldern (131, 132; 331, 332), einer Mehrzahl von Verbindungsleitungen (133; 333, 334), einer Mehrzahl von Meßelektroden (13; 33) und einer Mehrzahl von Gruppenelektroden (12; 32) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Leiterbahnstruktur (10; 30) aus einer Platte aus einem elektrisch leitenden Material ausgestanzt oder herausgeätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem zumindest Teile der Leiterbahnstruktur (10; 30) in der Weise geformt bzw. gebogen werden, daß sie ein sich entlang einer Füllstrecke erstreckendes Volumen umschließt.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Leiterbahnstruktur (10; 30) in der Weise gestaltet ist, daß die Leiterbahnabschnitte (111, 112; 311, 312) durch Formen bzw. Biegen der Leiterbahnstruktur (10; 30) kontaktiert werden können.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Leiterbahnstruktur (10; 30) nach dem Beschichten mit der mindestens einen Trägerfolie (20, 21; 40, 41) zumindest teilweise um einen sich entlang zumindest eines Teil der Füllstrecke erstreckenden Träger (23) gebogen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Leiterbahnstruktur (10; 30) nach dem Beschichten mit der mindestens einen Trägerfolie (20, 21; 40, 41) um eine Form (24; 44) gebogen wird, die nach der Beendigung des Biegevorgangs aus dem Füllstandsensor herausgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Leiterbahnstruktur (10; 30) mittels mindestens einer entlang des Umfangs der Form (24; 44) abrollenden Walze (25; 45) um die Form (24; 44) gebogen wird.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Form (24; 44) und/oder die Walze (25; 45) während des Biegevorgangs beheizt wird.