DE102010030769B4

DE102010030769B4 - Temperaturfühler zur Messung einer Fahrzeuginnentemperatur

Info

Publication number: DE102010030769B4
Application number: DE102010030769A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Knüttel; Martin Blaufuss
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2013-02-07
Anticipated expiration: 2030-07-01
Also published as: DE102010030769A1

Abstract

Sensor (1) zur Bestimmung eines einer Temperatur eines Kraftfahrzeuginnenraums proportionalen Signals, aufweisend ein erstes Temperatursensorelement (5),
eine das erste Temperatursensorelement (5) tragende Leiterplatte (4) mit einer ersten Leiterbahn (6), über die das erste Temperatursensorelement (5) in wärmeleitendem Kontakt mit dem Kraftfahrzeuginnenraum steht und mit wenigstens zwei zweiten Leiterbahnen (7a, 7b) zur elektrischen Verbindung des ersten Temperatursensorelements (5) mit einer Auswertelektronik,
wobei wenigstens eine der zweiten Leiterbahnen (7a, 7b) wenigstens abschnittsweise einen Querschnitt aufweist, der geringer ist als der kleinste Querschnitt der ersten Leiterbahn (6),
und der geringere Querschnitt der zweiten Leiterbahnen (7a, 7b) durch eine verringerte Schichtdicke bereitgestellt wird und genau eine erste Leiterbahn (6) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Bestimmung eines einer Temperatur eines Kraftfahrzeuginnenraums proportionalen Signals, der wenigstens ein Temperatursensorelement und eine zugehörige Leiterplatte zu dessen thermischer und elektrischer Kontaktierung aufweist, wobei das Temperatursensorelement über eine erste Leiterbahn in wärmeleitendem Kontakt mit dem Kraftfahrzeuginnenraum steht.
Kraftfahrzeugklimaanlagen benötigen mehrere Sensoren zur Bestimmung von Ist-Zuständen. Dazu gehört insbesondere ein Sensor zur Bestimmung der Innenraumtemperatur. Bei derzeitigen Klimaanlagen wird die Innenraumtemperatur häufig mittels eines belüfteten Temperatursensors bestimmt. Hierbei saugt ein Belüftungsmotor, der üblicherweise im Klimasteuergerät angeordnet ist, Luft aus dem Innenraum des Kraftfahrzeuges an und führt diese über einen Ansaugkanal einem Temperatursensor zu. Die Verwendung eines Belüftungsmotors wird häufig als nachteilig angesehen, da dieser eine gewisse Geräuschentwicklung aufweisen kann, und bei Ausfall des Belüftungsmotors der Innenraumtemperatursensor fehlerhaft arbeitet.
Es sind des Weiteren bereits Sensorsysteme vorgeschlagen worden, die ohne einen Belüftungsmotor auskommen. Ein derartiger integrierter Temperatursensor ist beispielsweise aus der DE 103 16 010 A1 bekannt. Dieser Temperatursensor weist ein Gehäuse aus wärmeleitfähigem und als Tageslichtsperrfilter wirkendem Material sowie ein Temperatursensorelement und ein-Infrarotsensorelement auf, welche auf einem gemeinsamen Trägerelement angeordnet sind. Das Gehäuse ist als Vollkörper ausgeführt, und das Temperatursensorelement, das Infrarotsensorelement und das Trägerelement sind in das Gehäuse eingebettet.
Aus der DE 41 30 063 C2 ist ein Sensor zur Messung der Innenraumtemperatur in Kraftfahrzeugen bekannt, wobei ein erstes Temperatursensorelement auf der Oberfläche eines Isolierstoffkörpers angeordnet ist und die Oberflächentemperatur misst und ein zweites Temperatursensorelement an einem Gitter angeordnet ist, das den Messraum der Temperatursensorelemente gegen den Innenraum des Kraftfahrzeuges abschließt. Die von beiden Temperatursensorelementen gemessenen Temperaturwerte sollen bestmöglichst der Lufttemperatur entsprechen.
Aus der DE 10 2005 002 383 B3 ist ein zwei Sensorbauelemente aufweisender Sensor bekannt, bei dem die zwei Sensoren zur thermischen Entkopplung in zueinander parallelen oder senkrechten aber unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind. Beispielsweise sind die Sensorbauelemente auf unterschiedlichen Seiten einer Leiterplatte angeordnet. Die Herstellung eines solchen Sensors ist aufwendig und teuer. Ferner sind die Abmessungen der in dieser Entgegenhaltung vorgeschlagenen Anordnung vergleichsweise groß.
In der DE 199 13 195 A1 wird ein Messeinsatz für Widerstandsthermometer mit einer flexiblen Leiterplatte aus Kunststofffolie oder dgl. beschrieben, an deren einem Ende ein temperaturempfindlicher Messwiderstand vorgesehen ist, der über Leiterbahnen mit am anderen Ende der Leiterplatte vorgesehenen Lötkontakten oder dgl. für den Anschluss einer Anschlussleitung verbunden ist, und mit einem die flexible Leiterplatte umgebenden Schutzrohr. Ein zuverlässiger Wärmeübergang zu dem Messwiderstand der Leiterplatte wird dadurch gewährleistet, dass der den Messwiderstand tragende Messbereich der Leiterplatte eine Breite aufweist, die größer ist als der Durchmesser des Schutzrohres, so dass sich die vollflexible Leiterplatte an die Innenseite des Schutzrohres anlegt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sensor bereitzustellen, der preiswert herzustellen ist, bauraumsparend aufgebaut ist, dabei aber gleichzeitig eine thermische Isolierung eines ersten Sensorbauelements effektiv bewirkt wird. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruchs 1 sowie durch ein Herstellungsverfahren des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß weist der Sensor zur Bestimmung eines einer Temperatur eines Kraftfahrzeuginnenraums proportionalen Signals eine Leiterplatte und wenigstens ein erstes Temperatursensorelement auf, das von der Leiterplatte getragen wird. Es ist ferner auf oder an der Leiterplatte genau eine erste Leiterbahn vorgesehen, über die das erste Temperatursensorelement in wärmeleitendem Kontakt mit dem Kraftfahrzeuginnenraum steht. D. h. die Temperaturmessung erfolgt im Wesentlichen durch Konduktion mittels der ersten Leiterbahn. Beispielsweise ist eine dem Innenraum zugewandte metallische oder gut wärmeleitende Fläche vorgesehen, die wenigstens in Berührkontakt mit der ersten Leiterbahn steht. Die erste Leiterbahn führt zu dem ersten Temperatursensorelement und steht beispielsweise mit dessen Gehäuse oder einer für den Thermokontakt vorgesehenen Kontaktierung in Berührkontakt bevorzugt in Lötkontakt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Temperatursensorelement um einen Heißleiter oder auch NTC-Widerstand genannt. Erfindungsgemäß sind wenigstens zwei zweite Leiterbahnen zur elektrischen Verbindung des ersten Temperatursensorelements mit einer Auswertelektronik vorgesehen. Beispielsweise wird über den Spannungsabfall am ersten Temperatursensorelement eine zugehörige Temperatur gemessen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens eine der zweiten Leiterbahn, wenigstens abschnittsweise einen Querschnitt aufweist, der geringer ist als der kleinste Querschnitt der ersten Leiterbahn, die der Konduktion dient. Bevorzugt weisen sämtliche zweite Leiterbahnen einen Abschnitt mit gegenüber der ersten Leiterbahn verringertem Querschnitt auf.
Erfindungsgemäß ist auch nicht ausgeschlossen, dass wenigstens eine der zweiten Leiterbahn Teile der ersten Leiterbahn zur elektrischen Kontaktierung des ersten Temperatursensorelements nutzt, die elektrische Kontaktierung über die zweiten und die erste Leiterbahn erfolgt oder anders ausgedruckt die erste Leiterbahn nicht auf die thermische Kontaktierung eingeschränkt ist.
Erfindungsgemäß ist es durch die Querschnittsverringerung möglich, ohne die Zusammensetzung des Leiterbahnmaterials verändern zu müssen, die Wärmeleitfähigkeit der betreffenden zweiten Leiterbahn bzw. der Leiterbahnen im Vergleich zur ersten Leiterbahn zu verringern, so dass auf vergleichsweise einfache Art eine verbesserte thermische Isolierung des ersten Temperatursensorelements gegenüber der Auswerteinheit oder gegebenenfalls gegenüber einem weiteren Temperatursensorelement erreicht wird. Isolationsmaterial oder eine aufwendige thermisch abgeschattete Positionierung des weiteren Temperatursensorelements kann so entfallen, das beispielsweise zur Temperaturdifferenzmessung vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist insbesondere von Vorteil, wenn das weitere Temperatursensorelement ebenfalls in elektrisch leitendem Kontakt mit den zweiten Leiterbahnen steht und/oder benachbart dazu angeordnet ist.
Um vorteilhaft eine Erhöhung des Wärmewiderstands durch Verlängerung der zweiten Leiterbahn bei gleichzeitig geringem Platzbedarf, also ohne wesentliche Vergrößerung der Leiterplatte zu erreichen, ist bzw. sind die zweiten Leiterbahnen wenigstens abschnittsweise mäanderförmig ausgebildet.
Bevorzugt ist das erste Temperatursensorelement ein oberflächenmontierbares Bauelement (surface mounted device). Dadurch kann die Bestückung der Leiterplatte kostengünstig und genau durchgeführt werden. Ferner wird eine für die Temperaturmessung besonders wichtige hohe Reproduzierbarkeit der Anordnung erreicht.
Zur Vereinfachung der Herstellung ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Abschnitt der zweiten Leiterbahn mit geringerem Querschnitt im Vergleich zum kleinsten Querschnitt der ersten, zur Konduktion erforderlichen Leiterbahn eine gegenüber der kleinsten Schichtdicke der ersten Leiterbahn verringerte Schichtdicke aufweist. Dadurch kann die erfindungsgemäß vorgesehene Querschnittsverringerung vergleichsweise einfach hergestellt werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Abschnitt der zweiten Leiterbahn mit verringerter Schichtdicke den Berührbereich zwischen dem ersten Temperatursensorelement und der zweiten Leiterbahn umfasst. Dadurch kann vorteilhaft bei einem oberflächenmontierbaren ersten Temperatursensorelement dessen Ausrichtung bezüglich der Leiterplatte eingestellt werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Leiterplatte ein zweites Temperatursensorelement trägt.
Alternativ oder zusätzlich zu der Schichtdickenverringerung ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, dass die zweite Leiterbahn wenigstens abschnittsweise schmaler als die kleinste Breite der ersten Leiterbahn ist, wobei sich die Begriffe schmaler oder Breite auf die Richtung quer zur Verlaufsrichtung bzw. Transportrichtung der jeweiligen Leiterbahn beziehen.
Bevorzugt weist die Leiterplatte in dem an die erste und/oder zweite Leiterbahn benachbarten oder angrenzenden Bereich Durchbrüche zur thermischen Isolierung auf.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ferner ein Isolierkörper zur thermischen Isolierung wenigstens der ersten Leiterbahn und oder des ersten Temperatursensorelementes vorgesehen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors zur Bestimmung eines einer Temperatur eines Kraftfahrzeuginnenraums proportionalen Signals mit wenigstens den folgenden Schritten: Herstellen einer Leiterplatte; Bestücken der Leiterplatte mit wenigstens einem ersten Temperatursensorelement, wobei die Leiterplatte eine erste Leiterbahn, über die das erste Temperatursensorelement in wärmeleitendem Kontakt mit dem Kraftfahrzeuginnenraum steht und wenigstens eine zweite Leiterbahn zur elektrischen Verbindung des ersten Temperatursensorelements mit einer Auswertelektronik aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Herstellen der Leiterplatte so ausgelegt ist, dass die zweite Leiterbahn wenigstens abschnittsweise einen Querschnitt aufweist, der geringer ist als der kleinste Querschnitt der ersten Leiterbahn. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die zweite Leiterbahn in dem betreffenden Abschnitt schmaler ist als die geringste Breite der ersten Leiterbahn.
Bevorzugt ist das Herstellen der Leiterplatte jedoch so ausgelegt, dass die zweite Leiterbahn wenigstens abschnittsweise eine Schichtdicke aufweist, die geringer ist als die kleinste Schichtdicke der ersten Leiterbahn.
Bevorzugt wird dies dadurch erreicht, dass beim Herstellen der Leiterplatte die unterschiedlichen Schichtdicken, durch entsprechend unterschiedlichen chemischen oder mechanischen Abtrag der leitenden Beschichtung für die erste und zweite Leiterbahn und/oder durch entsprechend unterschiedlichen Auftrag der Beschichtung, beispielsweise durch längere oder zusätzliche galvanische Beschichtung, mit einem leitenden Material für die erste und zweite Leiterbahn, beispielsweise nur eine zusätzliche galvanische Beschichtung der ersten Leiterbahn erreicht wird.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen schematisch:
1: eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform des Sensors 1; und
2: eine perspektische Rückansicht der Leiterplatte aus 1
1 zeigt eine Ausführungsform des Sensors 1. Der Sensor 1 umfasst ein erstes Temperatursensorelement 5 und ein zweites Temperatursensorelement 8, die gemeinsam auf einer Seite einer Leiterplatte 4 aufgebracht sind. Es handelt sich bei den Temperatursensorelementen 5, 8 um NTC-Widerstände in SMD-Bauweise. Die Leiterplatte 4 ist in einer Gehäuseschale 2a aufgenommen, die mit einem Stift 11 versehen ist, der in einen Durchbruch 12 der Leiterplatte 4 eingreift, um die Lage der Leiterplatte 4 in der Gehäuseschale 2a zu fixieren. Die durch die Gehäuseschale 2a definierte und die Leiterplatte 4 aufnehmende Ausnehmung wird durch den Gehäusedeckel 2b im Wesentlichen verschlossen, der bündig mit den Seitenwandungen der Gehäuseschale 2a abschließt. Zur Kontaktierung der Leiterplatte 4 sind drei Kontaktstifte 9 vorgesehen. Auf der Leiterplatte ist eine erste Leiterbahn 6 vorgesehen, die der thermischen und elektrischen Kontaktierung des ersten Temperatursensorelements 5 dient. Die thermische Kontaktierung mit einem nicht dargestellten Innenraum eines Kraftfahrzeugs erfolgt über die thermisch leitende und im montierten Zustand in den Innenraum ragende Haube 3 und über die erste Leiterbahn 6, die haubenförmig die Leiterplatte 4 umschließend ausgestaltet ist, um zuverlässig an der Haube 3 anzuliegen. Das zweite Temperatursensorelement 8 ist für die Durchführung von Referenzmessungen vorgesehen. Eine der zwei zweiten Leiterbahnen 7a ist auf derselben Seite der Leiterplatte 4 angeordnet, wie die Temperatursensorelemente 5, 8 und ist schmaler ausgeführt, als die erste Leiterbahn 6. Alternativ oder zusätzlich weist die zweite Leiterbahn 7a eine geringere Schichtdicke auf. Sie ist ferner mäanderförmig über die Leiterplatte 4 geführt. Zwischen manchen der Mäanderschleifen sind Durchbrüche 13 vorgesehen, um die Wärmeleitung in Richtung des zweiten Temperatursensorelements 8 durch die Leiterplatte 4 hindurch zu verringern. Auf der in 2 gezeigten, gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 4 ist ebenfalls eine zweite Leiterbahn 7b vorgesehen, die der elektrischen Kontaktierung des ersten Temperatursensorelements 5 dient. Auch diese ist mäanderförmig geführt.

Claims

Sensor (1) zur Bestimmung eines einer Temperatur eines Kraftfahrzeuginnenraums proportionalen Signals, aufweisend ein erstes Temperatursensorelement (5), eine das erste Temperatursensorelement (5) tragende Leiterplatte (4) mit einer ersten Leiterbahn (6), über die das erste Temperatursensorelement (5) in wärmeleitendem Kontakt mit dem Kraftfahrzeuginnenraum steht und mit wenigstens zwei zweiten Leiterbahnen (7a, 7b) zur elektrischen Verbindung des ersten Temperatursensorelements (5) mit einer Auswertelektronik, wobei wenigstens eine der zweiten Leiterbahnen (7a, 7b) wenigstens abschnittsweise einen Querschnitt aufweist, der geringer ist als der kleinste Querschnitt der ersten Leiterbahn (6), und der geringere Querschnitt der zweiten Leiterbahnen (7a, 7b) durch eine verringerte Schichtdicke bereitgestellt wird und genau eine erste Leiterbahn (6) vorgesehen ist.
Sensor (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei wenigstens eine der zweiten Leiterbahnen (7a, 7b) wenigstens abschnittsweise mäanderförmig ausgebildet ist.
Sensor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Temperatursensorelement (5) ein oberflächenmontierbares Bauelement ist.
Sensor (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Abschnitt der zweiten Leiterbahn (7a, 7b) mit verringerter Schichtdicke den Berührbereich (10) zwischen dem ersten Temperatursensorelement (5) und der zweiten Leiterbahn (7a, 7b) umfasst.
Sensor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte (4) ein zweites Temperatursensorelement (8) trägt.
Sensor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Leiterbahn (7a, 7b) mit verringertem Querschnitt wenigstens abschnittsweise schmaler als die kleinste Breite der ersten Leiterbahn (6) ist.
Sensor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte (4) in dem an die erste (6) und/oder die zweiten Leiterbahnen (7a, 7b) benachbarten Bereich Durchbrüche (13) zur thermischen Isolierung aufweist.
Sensor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner ein Isolierkörper zur thermischen Isolierung wenigstens der ersten Leiterbahn (6) und/oder des ersten Temperatursensorelementes (5) vorgesehen ist.
Sensor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweiten Leiterbahnen (7a, 7b) auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte (4) angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Sensors (1) zur Bestimmung eines einer Temperatur eines Kraftfahrzeuginnenraums proportionalen Signals mit wenigstens den folgenden Schritten: Herstellen einer Leiterplatte (4); Bestücken der Leiterplatte (4) mit wenigstens einem ersten Temperatursensorelement (5); wobei die Leiterplatte (4) eine erste Leiterbahn (6), über die das erste Temperatursensorelement (5) in wärmeleitendem Kontakt mit dem Kraftfahrzeuginnenraum steht und wenigstens zwei zweite Leiterbahnen (7a, 7b) zur elektrischen Verbindung des ersten Temperatursensorelements (5) mit einer Auswertelektronik aufweist; wobei das Herstellen der Leiterplatte (4) so ausgelegt ist, dass wenigstens eine der zweiten Leiterbahnen (7a, 7b) wenigstens abschnittsweise einen Querschnitt aufweist, der geringer ist als der kleinste Querschnitt der ersten Leiterbahn (6), und wobei der geringere Querschnitt der zweiten Leiterbahnen (7a, 7b) durch eine verringerte Schichtdicke bereitgestellt wird und dass genau eine erste Leiterbahn (6) vorgesehen ist.
Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Herstellen der Leiterplatte (4) so ausgelegt ist, dass die zweite Leiterbahn (7a, 7b) mit verringertem Querschnitt wenigstens abschnittsweise eine Schichtdicke aufweist, die geringer ist als die kleinste Schichtdicke der ersten Leiterbahn (6).
Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei beim Herstellen der Leiterplatte (4) die unterschiedlichen Schichtdicken, durch entsprechend unterschiedlichen chemischen oder mechanischen Abtrag der leitenden Beschichtung für die erste Leiterbahn (6) und die zweiten Leiterbahnen (7a, 7b) und/oder durch entsprechend unterschiedlichen Auftrag der Beschichtung, beispielsweise durch zusätzliche galvanische Beschichtung, mit einem leitenden Material für die erste Leiterbahn (6) und die zweiten Leiterbahnen (7a, 7b) erreicht wird.