DE102010041169A1

DE102010041169A1 - Drucksensor, insbesondere für Bremsvorrichtung

Info

Publication number: DE102010041169A1
Application number: DE102010041169A
Authority: DE
Inventors: Harry Kaiser; Andreas Arlt; Frieder Sundermeier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-09-22
Filing date: 2010-09-22
Publication date: 2012-03-22
Also published as: FR2965051B1; FR2965051A1; US8671767B2; CN102435382B; US20120067130A1; CN102435382A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor zur Erfassung eines Druckes eines Mediums, insbesondere für eine Bremsvorrichtung, umfassend einen Verbindungsflansch (3) mit einem Fluidkanal (33) zur Verbindung mit dem zu messenden Medium, eine Druckmesszelle (2), welche am Ende des Fluidkanals (33) angeordnet ist, und einen Schaltungsträger (4), wobei die Druckmesszelle (2) eine Kontaktoberfläche (20) zur Kontaktierung aufweist, welche in einem Winkel (α) zu einer Mittelachse (X-X) des Drucksensors angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor zur Erfassung eines Druckes insbesondere bei Bremsvorrichtungen von Fahrzeugen.
Drucksensoren sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Bekannte Drucksensoren werden z. B. bei Bremsanlagen für Fahrzeuge verwendet, um einen Druck des Bremsfluids zu erfassen. Hierbei ist aus der DE 10 2007 031 980 A1 ein Drucksensor bekannt, welcher eine zentral angeordnete Druckmesszelle aufweist. Ferner ist ein Trägerelement sowie eine daran fixierte Leiterplatte vorgesehen. Derartige Drucksensoren haben sich grundsätzlich bewährt, jedoch besteht für zukünftige Bremsgeräte neben einer kostengünstigen Herstellung die Notwendigkeit, die Drucksensoren weiter zu miniaturisieren. Insbesondere bei hochpreisigen Fahrzeugen werden zukünftig eine Vielzahl von Drucksensoren eingesetzt, so dass die Drucksensoren möglichst kleine Bauräume aufweisen müssen.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Drucksensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass im Vergleich zu den bisher bekannten Drucksensoren eine weitere Miniaturisierung möglich ist. Der erfindungsgemäße Drucksensor weist dabei einen sehr kompakten Aufbau auf und hat weiterhin eine sehr hohe Robustheit, so dass eine lange Lebensdauer des Drucksensors möglich ist. Hierbei kann der erfindungsgemäße Drucksensor insbesondere über eine gesamte Lebensdauer eines Fahrzeugs verwendet werden, ohne dass ein Austausch stattfinden muss. Trotz der weiteren Miniaturisierung weist der erfindungsgemäße Drucksensor neben einer hohen mechanischen Festigkeit auch sehr sichere elektrische Verbindungen auf. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Drucksensor eine Druckmesszelle mit einer Kontaktoberfläche zur Kontaktierung umfasst, wobei die Kontaktoberfläche in einem Winkel zu einer Mittelachse des Drucksensors angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäße Schrägstellung der Druckmesszelle kann somit weiterer Bauraum eingespart werden, so dass eine weitere Miniaturisierung des Drucksensors möglich ist.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise weist der Schaltungsträger wenigstens eine Kontaktfläche auf, welche ungefähr im gleichen Winkel wie die Kontaktoberfläche der Druckmesszelle zur Mittelachse des Drucksensors angeordnet ist. Hierdurch wird eine besonders einfache Kontaktierung zwischen der Druckmesszelle und dem Schaltungsträger möglich. Ferner kann hierdurch die Kompaktheit des Drucksensors weiter verbessert werden. Besonders bevorzugt weist der Schaltungsträger dabei eine oder zwei Kontaktflächen in gleichem Winkel wie die Kontaktoberfläche der Druckmesszelle auf. Die Kontaktoberfläche der Druckmesszelle ist vorzugsweise zwischen den beiden Kontaktflächen des Schaltungsträgers angeordnet ist.
Um einen besonders robusten Drucksensor bereitzustellen, erfolgt die Kontaktierung zwischen der Druckmesszelle und dem Schaltungsträger vorzugsweise mittels Bondkontakten. Hierbei hat sich herausgestellt, dass die Bondkontakte, welche eine konventionelle Fertigungsmethode darstellen, bewährte, elektrische Verbindungen bereitstellen, welche einen gesamten Lebenszyklus des Drucksensors überdauern.
Die Kompaktheit des erfindungsgemäßen Drucksensors kann weiter verbessert werden, indem ein Kanal im Verbindungsflansch vorzugsweise abgewinkelt ist.
Weiter bevorzugt ist eine Mittelachse des Schaltungsträgers derart angeordnet, dass sie mit der Mittelachse des Drucksensors zusammenfällt. Somit ist der Schaltungsträger mittig im Drucksensor angeordnet und ein Durchmesser des Drucksensors kann möglichst klein gewählt werden.
Für eine einfache Montage ist vorzugsweise eine Loch-Zapfen-Verbindung zwischen dem Schaltungsträger und dem Verbindungsflansch vorgesehen.
Weiter bevorzugt umfasst der Schaltungsträger eine C-förmige Ausnehmung, in welcher die Druckmesszelle zumindest teilweise aufgenommen ist.
Für einen weiteren Schutz der Kontakte zwischen Druckmesszelle und Kontaktfläche des Schaltungsträgers umfasst der Drucksensor vorzugsweise ein Schutzmaterial, welches über den Kontakten angeordnet ist und diese umschließt. Als Schutzmaterial wird vorzugsweise ein elastisches Gel o. Ä. verwendet. Insbesondere bedeckt das Schutzmaterial auch die Kontaktoberfläche der Druckmesszelle.
Um die Bauteile des Drucksensors möglichst gut zu schützen, ist vorzugsweise eine im Wesentlichen zylindrische Schutzhülse vorgesehen. Die Schutzhülse kann beispielsweise mittels einer Klemmverbindung oder mehreren Schweißverbindungen mit den Bauteilen des Drucksensors verbunden werden.
Der erfindungsgemäße Schaltungsträger ist vorzugsweise ein MID-Bauteil (Molded Interconnect Device), und besonders bevorzugt ein MID-2K-Bauteil, bei dem ein Kunststoffvorspitzling aus einem ersten galvanisierbaren Kunststoff und einem zweiten, nicht galvanisierbaren Kunststoff hergestellt wird und die vorstehenden Oberflächen des Vorspritzlings mittels eines galvanischen Prozesses dann mit einer metallischen Oberfläche beschichtet werden.
Weiter bevorzugt ist die Druckmesszelle sechseckig ausgebildet. Weiter bevorzugt umfasst der Drucksensor eine waagrechte Trägerplatte, an welcher Kontaktnieten anordenbar sind, über welche eine Verbindung zu einem Steuergerät herstellbar ist.
Der erfindungsgemäße Drucksensor wird vorzugsweise in Fahrzeugen bei Hydraulikanwendungen, insbesondere bei Bremsen, verwendet. Da bei modernen Bremsanlagen zum Teil mehrere Drucksensoren eingebaut werden, kann erfindungsgemäß eine große Einsparung von Bauraum realisiert werden.
Die Erfindung betrifft somit auch eine Bremsanlage mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Drucksensor.
Zeichnungen
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Schnittansicht eines Drucksensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 bis 6 schematische, perspektivische Ansichten einer Montage des erfindungsgemäßen Drucksensors, und
7 eine schematische Seitenansicht eines Kontaktierungsvorgangs am Drucksensor.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 ein Drucksensor 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst der Drucksensor 1 eine Druckmesszelle 2 sowie einen Verbindungsflansch 3. Der Verbindungsflansch 3 weist einen Anschluss 31 auf, in welchem ein Fluidkanal 33 verläuft, über welchen das Medium, dessen Druck gemessen werden soll, zugeführt wird. Der Fluidkanal 33 weist einen abgewinkelten Fluidkanalbereich 34 auf. Am Ende des abgewinkelten Fluidkanalbereichs 34 ist eine Aufnahme 32 zur Aufnahme der Druckmesszelle 2 vorgesehen. Der Verbindungsflansch 3 ist über den Anschluss 31 mit einem nicht dargestellten Hydraulikblock verbunden.
Ferner umfasst der Drucksensor 1 einen Schaltungsträger 4, an welchem eine Vielzahl von elektronischen Bauteilen 5 angeordnet ist. Die Druckmesszelle 2 ist, wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, sechseckig gebildet und weist eine Kontaktoberfläche 20 auf, an welcher eine Vielzahl von Kontakten 22 ausgebildet sind. Im montierten Zustand ist die Kontaktoberfläche 20 der Druckmesszelle 2 dabei in einem Winkel α von 60° zu einer Mittelachse X-X des Drucksensors 1 angeordnet. Wie weiter insbesondere aus 4 ersichtlich ist, umfasst der Schaltungsträger 4 zwei seitliche Kontaktflächen 41, welche ebenfalls im gleichen Winkel zur Mittelachse X-X geneigt sind, wie die Kontaktoberfläche 20 der Druckmesszelle 2. Die Druckmesszelle 2 ist über mehrere Bonddrähte 21 mit den Kontaktflächen 41 des Schaltungsträgers 4 verbunden. Für einen besonders kompakten Aufbau weist der Schaltungsträger 4 eine C-förmige Ausnehmung 43 auf, in welcher die Druckmesszelle 2 teilweise angeordnet ist.
Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, ist als Schutzmaterial ein elastisches Gel 6 über den Bonddrähten 21 aufgebracht. Hierdurch ist die Kontaktierung zwischen der Druckmesszelle 2 und dem Schaltungsträger 4 geschützt.
Der Schaltungsträger 4 weist ferner eine waagrechte Trägerplatte 40 auf, welcher an einem Endbereich des Schaltungsträgers 4 angeordnet ist und zur Aufnahme von Kontaktnieten 8 ausgebildet ist. Am entgegengesetzten Ende weist der Schaltungsträger 4 zwei Zapfen 42 auf, welche, wie aus 3 ersichtlich ist, in entsprechend ausgebildeten Löchern 35 im Verbindungsflansch 3 einsteckbar sind. Zur besseren Fixierung zwischen dem Verbindungsflansch 3 und dem Schaltungsträger 4 ist ferner noch eine Klebeverbindung 9 aufgebracht (vergleiche 1 und 4).
Der Schaltungsträger 4 weist eine plattenförmige Gestalt auf, wobei eine Mittelachse M des Schaltungsträgers 4 mit der Längsachse X-X des Drucksensors 1 zusammenfällt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Schaltungsträger 4 nur einseitig bestückt, es ist jedoch möglich, dass der Schaltungsträger 4 auch beidseitig bestückt ist. Der Schaltungsträger 4 wird dabei bevorzugt mit der MID-2K-Technik hergestellt. Hierbei werden auf einer Oberseite des Schaltungsträgers 4 elektrisch leitende Bahnen hergestellt und die elektronischen Bauteile 5 werden mittels Leitkleber daran befestigt. Statt der MID-2K-Technik kann der Schaltungsträger 4 jedoch grundsätzlich auch mit alternativen MID-Techniken, wie z. B. LDS (Laserdirektstrukturierung), Heißprägetechnik, usw., oder als Spritzteil mit Einlegeteilen hergestellt werden.
Aus den 2 bis 6 wird die Montagereihenfolge des Drucksensors 1 deutlich. Zuerst wird die Druckmesszelle 2 an der Aufnahme 32 am Ende des abgewinkelten Fluidkanalbereichs 34 am Verbindungsflansch 3, vorzugsweise mittels Schweißen befestigt (vergleiche 2). Nachdem die Basis des Schaltungsträgers 4 hergestellt ist, wird dieser mit den elektronischen Bauteilen 5 bestückt (3). Anschließend wird der Schaltungsträger 4 mit den Zapfen 42 in die Löcher 35 im Verbindungsflansch 3 eingesteckt und eine Klebeverbindung 9 zwischen den beiden Bauteilen realisiert (vergleiche 4). In einem nächsten Schritt erfolgt ein Bondkontaktieren zwischen den Kontakten 22 an der Kontaktoberfläche 20 der Druckmesszelle 2 mit den Kontaktflächen 41 des Schaltungsträgers 4. Hierbei kann eine sehr verlässliche und langlebige Kontaktierung ermöglicht werden. Anschließend wird das elastische Gel 6 über die Bondkontakte 21 aufgebracht, um einen zusätzlichen Schutz der Bondkontakte 21 sowie auch der Messmembrane der Druckmesszelle 2 bereitzustellen. In einem letzten Schritt werden die vier Kontaktnieten 8 z. B. mittels Silberleitkleber in die Trägerplatte des Schaltungsträgers 4 eingeklebt und die Schutzhülse 7 über den Schaltungsträger 4 geführt und mittels einer Presspassung mit dem Verbindungsflansch 3 verbunden. Alternativ oder zusätzlich kann die Schützhülse 7 auch mittels Schweißverbindungen am Verbindungsflansch 3 fixiert werden. Die Schutzhülse 7 dient dabei als mechanischer Schutz des Drucksensors und kann auch auftretende Überspannungen, z. B. ESD-Puls zum Verbindungsflansch 3 ableiten.
7 zeigt schematisch das Bondverfahren, wobei ein Bondwerkzeug 10 für den Bondvorgang verwendet wird, wobei das Bondwerkzeug 10 in einem Winkel γ von circa 30° zur Mittelachse X-X des Drucksensors ausgerichtet ist und die Bonddrähte 21 zur Kontaktierung der Druckmesszelle 21 mit dem Schaltungsträger 4 aufbringt. Wie 7 deutlich macht, wird durch die geneigte Kontaktoberfläche 20 der Druckmesszelle 2 der Bondvorgang deutlich vereinfacht, da mehr Raum für das Bondwerkzeug 10 zur Verfügung steht. Insbesondere kann auch das Bondwerkzeug 10 senkrecht zur Kontaktoberfläche 2 die Bonddrähte aufbringen.
Der erfindungsgemäße Drucksensor 1 weist somit eine Druckmesszelle mit einer geneigten Kontaktoberfläche 20 auf, so dass ein sicherer und sehr langlebiger Bondkontakt zwischen der Druckmesszelle 2 und dem Schaltungsträger 4 möglich ist. Somit kann erfindungsgemäß eine bewährte Verbindungsart wie das Bonden verwendet werden, um den Kontakt herzustellen. Alternativ könnte die Verbindung auch mittels Schweißen oder Löten hergestellt werden. Der erfindungsgemäße Drucksensor weist dabei eine minimale Bauteileanzahl auf und insbesondere durch die Direktbestückung des Schaltungsträgers 4 kann auf eine üblicherweise verwendete Leiterplatte mit separater Trägerplatte verzichtet werden. Ein maximaler Durchmesser des Verbindungsflansches 3 beträgt dabei vorzugsweise 8 mm. Somit ist es möglich, dass beispielsweise zukünftig bei Premium-Bremsgeräten bis zu vier Drucksensoren eingebaut werden können. Ferner übernimmt durch den Aufbau des Schaltungsträgers 4 dieser auch eine mechanische Trägerfunktion im Drucksensor 1, so dass auf entsprechend aufwendige, separate Stützelemente im Drucksensor verzichtet werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007031980 A1 [0002]

Claims

Drucksensor zur Erfassung eines Druckes eines Mediums, insbesondere für eine Bremsvorrichtung, umfassend – einen Verbindungsflansch (3) mit einem Fluidkanal (33) zur Verbindung mit dem zu messenden Medium, – eine Druckmesszelle (2), welche am Ende des Fluidkanals (33) angeordnet ist, und – einen Schaltungsträger (4), dadurch gekennzeichnet, dass – die Druckmesszelle (2) eine Kontaktoberfläche (20) zur Kontaktierung aufweist, welche in einem Winkel (α) zu einer Mittelachse (X-X) des Drucksensors angeordnet ist.
Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (4) wenigstens eine Kontaktfläche (41) aufweist, welche ungefähr im gleichen Winkel, wie die Kontaktoberfläche (20) der Druckmesszelle (2) zur Mittelachse (X-X) des Drucksensors angeordnet ist.
Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktierung der Druckmesszelle (2) mittels Bondkontakten (21) erfolgt.
Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal (33) im Verbindungsflansch (3) einen abgewinkelten Fluidkanalbereich (34) aufweist.
Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (4) eine Mittelachse (M) aufweist, welche mit der Mittelachse (X-X) des Drucksensors zusammenfällt.
Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Loch-Zapfen-Verbindung (35, 42) zwischen dem Schaltungsträger (4) und dem Verbindungsflansch (3).
Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (4) eine C-förmige Ausnehmung (43) aufweist, in welcher die Druckmesszelle (2) zumindest teilweise aufgenommen ist.
Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen der Mittelachse (X-X) des Drucksensors und der Kontaktoberfläche (20) der Druckmesszelle (2) zwischen 50° und 70° liegt und besonders bevorzugt ungefähr 60° ist.
Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Schutzmaterial (6), insbesondere ein elastisches Gel, welches über den Bondkontakten (21) und insbesondere der Kontaktoberfläche (20) der Druckmesszelle (2) angeordnet ist.
Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Schutzhülse (7) zum Schutz des Drucksensors.