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Die Erfindung betrifft einen Sensor mit einem ein- oder mehrlagigen, kontaktlos arbeitenden Sensorelement und einem einen elektrischen/elektronischen Anschluss und ggf. elektronische Bauteile umfassenden Gehäuse, wobei das Sensorelement eine Spulenanordnung umfasst, deren Windungen je Lage eine definierte Linienbreite, Liniendicke und einen Linienabstand und deren Lagen eine definierte Lagendicke und ggf. einen definierten Lagenabstand aufweisen.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein entsprechendes Sensorelement, nämlich zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Sensor.
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Zur Abstandsmessung und Positionsüberwachung werden häufig induktive Sensoren oder Wirbelstromsensoren eingesetzt. Wesentlicher Bestandteil der beiden Sensortypen ist eine Spule, die mit Wechselspannung gespeist wird. Bei herkömmlichen Sensoren besteht die Spule regelmäßig aus zahlreichen Windungen aus isoliertem Kupferdraht, die mittels Backlack oder anderer Vergusstechnologien fest miteinander verbunden sind und – je nach Sensortyp mit oder ohne Ferritkern – in ein Gehäuse integriert sind. Im Gehäuse oder auch abgesetzt davon ist eine Elektronik vorgesehen, die einen Oszillator und den Demodulator enthält. Dabei ist die Spule Teil eines Schwingkreises, der entweder Bestandteil des Oszillators ist oder von diesem gespeist wird. Wichtig ist dabei eine hohe Güte des Schwingkreises, um nämlich eine hohe Messempfindlichkeit des Sensors zu gewährleisten. Eine hohe Messempfindlichkeit ist die Grundvoraussetzung für einen großen Messbereich bei gleichzeitig geringer Störempfindlichkeit.
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Seit geraumer Zeit sind Sensoren bekannt, bei denen die Spule als Flachspule in Leiterplattentechnologie ausgeführt ist. Die Leiterplattentechnologie hat den Vorteil gegenüber gewickelten Spulen, dass die Herstellkosten niedriger sind und die Spule Teil einer Elektronikplatine ist. Seit kurzem ist die Flachspulentechnologie auf keramische Substrate erweitert. Die Spulen werden dabei in Form von leitfähigen Leiterbahn-Schichten auf ein keramisches Substrat aufgebracht. Mehrere Substrate werden in Lagen übereinander gestapelt, wobei die elektrische Verbindung zwischen den Lagen mit Durchkontaktierungen erzeugt wird. Die Lagen werden durch einen Sinterprozess bei hohen Temperaturen miteinander verbunden und bilden nach der Sinterung eine kompakte Einheit.
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Eine Erhöhung des Messbereichs des Sensors ist dadurch möglich, dass der Grundabstand zwischen Sensor und Messobjekt reduziert wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Spulenelement als Teil des Gehäuses ausgebildet wird. Die Reduktion des Grundabstandes wird durch das Fehlen der bei konventionellen Sensoren üblichen Kappe oder der Vollmetallausführung erreicht. Mittels einer dichten Metall-Keramikverbindung zwischen Spulenelement und Gehäuse hat man zusätzlich den Vorteil einer möglichen Hermetisierung des Sensorinnenraums.
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Neben den oben genannten Vorteilen der keramischen Spulen ergeben sich aber auch technische Begrenzungen. Insbesondere bei kleinen Spulendurchmessern für kleine Messbereiche weisen konventionell gewickelte Spulen z. B. erheblich höhere Guten, d. h. höhere Induktivitäten bei kleineren Widerständen, auf. Für die Güte eines Schwingkreise gilt: Q = ωL / R wobei:
- Q:
- Spulengüte
- L:
- Induktivität
- ω:
- Kreisfrequenz
ω = 2πf
- f:
- Frequenz des Spulenstroms
- R:
- Spulenwiderstand
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Eine Erhöhung der Induktivität alleine ist jedoch nicht zielführend, da bei zu hoher Induktivität kapazitive Effekte die Messempfindlichkeit verringern oder auch die Zeitkonstante (und damit die zeitliche Auflösung) des Sensors zu groß wird. Daher muss bei gegebener Messfrequenz eine optimale Induktivität und ein ohmscher Widerstand gewählt werden, woraus eine möglichst hohe Güte erzielt werden kann.
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Bei herkömmlichen gewickelten Spulen ist das Volumenverhältnis von stromführender Kupferlitze zu den dazwischen liegenden isolierenden Bestandteilen (Drahtisolierung und Luft oder Vergussmasse) sehr groß. Bei der Optimierung kann der Drahtquerschnitt, die Länge und der Durchmesser der Spule sowie die Windungszahl beeinflusst werden. Damit ist es in weiten Bereichen möglich, sowohl die Induktivität als auch den ohmschen Widerstand nahezu unabhängig anzupassen. Dies führt zu höheren Empfindlichkeiten im Vergleich zu keramischen Spulen.
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Dort ist das Verhältnis zwischen stromführenden Schichten und dem isolierenden Keramiksubstrat ungünstig. Weiterhin sind die Keramiksubstrate nur in bestimmten Dicken verfügbar. Auch das Aufbringen der stromführenden Schichten, beispielsweise durch Dickschicht-Druckprozesse, erlaubt nur bestimmte Verhältnisse von Leiterbahnbreite zur Leiterbahndicke. So muss beispielsweise beim Dickschichtdruck die Breite der Leiterbahn je nach verwendeten Pastensystem deutlich größer sein als die Dicke.
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Eine weitere Einflussgröße beim Spulendesign ist die kapazitive Kopplung der Windungen untereinander. Bei Spulensystemen in Keramiksubstraten ist die kapazitive Kopplung generell größer als bei gewickelten Spulen, da trotz größerem Abstand der gedruckten Leiterbahnen zueinander auch die effektive Fläche zwischen den Leiterbahnen größer ist und zusätzlich die Dielektrizitätskonstante der Keramik von ε ≈ 8 die Kapazität erhöht.
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Eine bekannte Technik, um gegenüber dem Siebdruckverfahren einen möglichst geringen Lagenabstand bei einer großen Liniendicke zu erreichen, ist das Prägen. Durch einen Prägestempel werden an der Position der einzelnen Windungen die Einzellagen des Keramiksubstrates verformt.
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Nach dem Prägen muss die leitfähige Windung aufgetragen werden, dies kann z. B. durch einen photochemischen Prozess wie die FODEL® Technik von DuPont oder mit einem geeigneten Bedruckungsverfahren geschehen, z. B. durch Siebdruck.
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Um möglichst kleine Strukturgrößen prozesssicher realisieren zu können, muss ein entsprechendes Prägewerkzeug sehr präzise gefertigt sein. Bei unterschiedlichen Lagengeometrien wird ein individuelles Prägewerkzeug benötigt. Diese beiden Voraussetzungen machen das Prägen sehr zeitaufwändig und teuer. Beim Prägen erfolgt kein Materialabtrag, es werden vielmehr die einzelnen Lagen verformt. Die damit verbundenen Materialverdrängung führt zu unterschiedlichen Dichteverteilungen im Material, die bei der Weiterverarbeitung Probleme bereiten können. So entstehen beispielsweise beim Sintern der Keramik Spannungen im Material.
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Ein photochemischer Prozess, wie z. B. FODEL, benötigt zahlreiche gut aufeinander abgestimmte Prozessschritte. In der Regel besteht ein photochemischer Prozess aus den Prozessschritten Bedrucken mit Photopaste – Belichten – Entwickeln – Waschen.
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Die im Vergleich zum Standardprozess zusätzlich benötigten Prozessschritte sowie Werkzeuge und Verbrauchsmaterialien sind aufwändig und teuer. Ferner kann es an den Kanten der photosensitiven Schicht zu Verschmierungen kommen. Dies ist besonders bei kleinen Strukturgrößen kritisch, da hierdurch Kurzschlüsse zwischen den Windungen entstehen können.
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Das Bedrucken einer geprägten Lage gestaltet sich vor allem bei relativ kleinen Linienabständen und -breiten schwierig, da die Positionierung der Paste über der Prägung präzise erfolgen muss. Bei ungenauer Positionierung entstehen am Rand der Windung Verschmierungen, die nach dem Sintern zu Kurzschlüssen führen können.
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Durch die Optimierung des Spulenaufbaus mit Hilfe der Präge-Technik lassen sich mit verhältnismäßig hohen Kosten- und großem Zeitaufwand nur bedingte Verbesserungen der Sensorcharakteristik erzielen. Durch die höhere Anzahl und in der Regel auch aufwändigeren Prozessschritte vermindert sich zudem die Prozesssicherheit wie auch die Reproduzierbarkeit.
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Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung besteht darin, direkt an der Position der Windungen Material abzutragen. Dies kann z. B. mit einem Laser geschehen. Die Laserbearbeitung ist jedoch relativ zeitaufwändig. Dies macht das Verfahren an sich aufwändig und teuer. Bei der Laserbearbeitung wird direkt Material abgetragen, so dass es zu keiner Materialverdichtung kommt. Die Schnittflächen werden dabei jedoch sehr rauh. Die hohe Rauhigkeit macht Probleme beim späteren Befüllen mit Paste. So können beispielsweise kleine Lufteinschlüsse entstehen, die bei den hohen Sintertemperaturen aufgrund der Druckausdehnung zu Spannungen im Material führen. Weiterhin vergrößert die Rauhigkeit die Oberfläche der leitfähigen Schicht.
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Da aufgrund des Messprinzips hohe Frequenzen erforderlich sind, fließt der Strom durch die Spule aufgrund des Skineffektes weitgehend an der Oberfläche, wodurch sich letztendlich der Widerstand erhöht. Der Widerstand steigt ebenfalls, wenn es aufgrund der Rauhigkeit an der Grenzfläche zu Materialvermischungen zwischen der leitfähigen Paste und der isolierenden Keramik kommt. Diese Effekte wirken sich negativ auf die elektrischen Daten des Sensors aus.
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Sensoren der gattungsbildenden Art, insbesondere aus mehrschichtiger Keramik, sind seit geraumer Zeit bekannt. Lediglich beispielhaft sei dazu auf die
DE 10 2008 016 829 A1 und
DE 103 14 875 A1 verwiesen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der eingangs genannten Art, und ein entsprechendes Sensorelement, derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine hinreichend hohe Messempfindlichkeit bei großem Messbereich realisiert. Der Sensor und das Sensorelement sollen sich auszeichnen durch eine möglichst hohe Güte bei möglichst guter Induktivität.
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Die voranstehende Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 in Bezug auf den Sensor und durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruchs 10 in Bezug auf das Sensorelement gelöst. Danach sind der erfindungsgemäße Sensor und das erfindungsgemäße Sensorelement dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelenment aus keramischen Lagen im Sinne einer mehrschichtigen Keramik aufgebaut ist und dass gegenüber herkömmlichen Spulenanordnungen die Lagendicke bzw. der Lagenabstand verringert und die Windungszahl je Querschnittsfläche erhöht und dadurch die Güte verbessert ist.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass für herkömmliche Spulenanordnungen die voranstehenden Ausführungen zum Stand der Technik gelten. Die Vermaßung der dort vorgesehenen Sensorelemente ist weitestgehend vorgegeben durch die jeweiligen – bekannten – Verfahren zur Herstellung der Sensorelemente. Bislang hat man sich in Bezug auf eine Optimierung unter Ausnutzung der durch die Miniaturisierung vorgegebenen Rahmenbedingungen keine Gedanken gemacht, insbesondere nicht in Bezug auf ein optimiertes, reproduzierbares Sensorverhalten, resultierend aus dem geometrischen Aufbau, im Vergleich zu einer Standardspule.
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Erfindungsgemäß ist insoweit erkannt worden, dass sich Sensorelemente aus keramischen Lagen ganz besonders zur „geometrischen” Optimierung eignen, nämlich dadurch, dass die Lagendicke bzw. der Lagenabstand ganz erheblich verringert und die Windungszahl je Querschnittsfläche erhöht ist. Durch diese Maßnahme ist eine Erhöhung der Windungszahl je Querschnittsfläche aufgrund einer erheblichen Verringerung der Lagendicke bzw. des Lagenabstands erst möglich geworden. Eine verbesserte Güte ist das Ergebnis.
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In erfindungsgemäßer Weise ist eine keramische ein- oder mehrlagige Spulenanordnung realisiert, mit einem speziell für berührungslose Abstandmessung optimierten Spulenaufbau, wobei durch die Optimierung eine Erhöhung der Spulengüte, eine Reduktion des Abstands der Spulenwindungen zum Messobjekt und eine Reduktion kapazitiver Kopplungen der Windungen zueinander erreicht wird.
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In erfindungsgemäßer Weise wird die Güte der Sensoren bei weiterreichender Miniaturisierung verbessert, nämlich in überraschender Weise dadurch, dass die Lagendicke bzw. der Lagenabstand reduziert wird. Die Parameter Linienbreite, Linienabstand und Liniendicke können den üblich hohen Werten beim Siebdruckverfahren entsprechen, wonach nämlich die Linienbreite im Bereich von 250 μm, der Linienabstand bei etwas 200 μm und die Liniendicke bei etwa 25 μm liegen kann. Damit kann eine Güte (im Verhältnis zum Messbereich) von 0,5 mm–1 erreicht werden.
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In erfindungsgemäßer Weise lässt sich die Linienbreite beispielsweise mit 120 μm, der Linienabstand mit 120 μm und die Liniendicke mit 25 μm realisieren, jedoch mit ganz erheblich reduzierter Lagendicke im Bereich von etwa 50 μm. Dabei lässt sich eine Güte (im Verhältnis zum Messbereich) mit 1,25 mm–1 realisieren, lässt sich nämlich die Güte im Vergleich zu konventionellen Abmessungen ganz erheblich verbessern, was auf den verringerten Lagenabstand bzw. die verringerte Lagendicke zurückzuführen ist.
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In Bezug auf die erfindungsgemäße Lehre ist somit wesentlich, dass sich höhere Guten durch eine verringerte Lagendicke bzw. einen verringerten Lagenabstand reduzieren lassen, wobei die sonstigen Parameter gegenüber herkömmlichen Technologien unverändert bleiben können.
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Durch den verringerten Lagenabstand erhöht sich die Anzahl der Windungen pro Einheit der Querschnittsfläche. Gleichzeitig erhöht sich aber mit höherer Windungszahl der elektrische Widerstand. Dennoch erhöht sich die Güte bedingt durch die höhere Windungszahl. Dies zeigt die folgende Herleitung deutlich:
Setzt man die Formel für die Induktivität und den Widerstand L ∝ r²N² / l R = ρ / A2rπN wobei:
- r:
- Mittlerer Spulenradius
- N:
- Windungszahl
- l:
- Spulenlänge
- ρ:
- Spezifischer elektrischer Widerstand
- A:
- Windungsquerschnittsfläche,
Produkt aus Linienbreite und Liniendicke,
wird hier als Konstant angenommen.
in die Formel für die Güte Q = ωL / R ein, so ergibt sich folgender Term für die Güte: Q = const· rN / l
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Eine konstante Querschnittsfläche entspricht einem konstanten mittleren Spulenradius r und einer konstanten Spulenlänge l. Eine Erhöhung der Windungszahl N bei konstanter Querschnittsfläche, bedingt durch den verringerten Lagenabstand, entspricht somit einer direkt proportionalen Erhöhung der Güte Q.
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Aus diesem Zusammenhang heraus ergibt sich ein Vorteil speziell für miniaturisierte Spulenanordnungen, d. h. Anordnungen mit reduziertem Spulenradius r. Die oben angeführten Limitierungen hinsichtlich minimaler Linienbreite, -dicke und -abstand wirken sich insbesondere bei reduzierten Spulenradien negativ aus. Soll bei reduziertem Spulenradius r die Güte Q gleich bleiben, so muss die Windungszahl N erhöht werden. Dies würde bei gleichem Lagenabstand zu einer zur Windungszahl N proportionalen Erhöhung der Spulenlänge l führen. Dies wiederum würde zu einer Verringerung der Güte Q proportional zur Verringerung des Spulenradius r führen.
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Die erfindungsgemäße Verringerung der Lagendicke bzw. des Lagenabstandes wirkt einer Verringerung der Güte Q entgegen und ermöglicht somit eine Miniaturisierung des Spulenelements bei verbesserter Güte.
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Insoweit sei auf die 2a und 2b verwiesen. 2a zeigt eine herkömmliche Spulenanordnung mit zwei Lagen pro Einheit Querschnittsfläche. 2b zeigt eine „verdichtete” Spulenanordnung mit vier Lagen pro Einheit Querschnittsfläche.
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In der Praxis zeigt sich, dass miniaturisierte keramische Spulenelemente von dem zuvor genannten Zusammenhang profitieren. in Frage kommende Lagendicken können im Bereich zwischen 25 μm und 50 μm liegen. Die Liniendicke kann 25 μm betragen. Ein Linienabstand von 120 μm und eine Linienbreite von 120 μm sind geeignet, um bei reduziertem Lagenabstand eine Verbesserung in der Güte zu erzielen, im Verhältnis zum Messbereich mit 1,25 mm–1. Dies ist ganz überwiegend auf den verringerten Lagenabstand zurückzuführen
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Durch eine verringerte Lagendicke ergeben sich noch weitere Vorteile, welche nicht nur für miniaturisierte Spulen gelten. Ein optimiertes Standardspulenelement zeichnet sich dadurch aus, dass bei konstantem Spulenradius r der Lagenabstand verringert wird. Durch den verringerten Lagenabstand wird auch der Abstand von der Spule zum Messobjekt geringer, wodurch die Empfindlichkeit des Messsignals gesteigert wird. Durch die Reduzierung des Lagenabstands kommt die Spule nicht nur dem Messobjekt näher, sondern die Spulenlänge l wird ebenso kleiner. Damit reduziert sich der mittlere Spulenabstand zum Messobjekt, was sich ebenfalls vorteilhaft auf die Signalempfindlichkeit auswirkt.
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Der Abstand zum Messobjekt kann noch weiter reduziert werden, indem das Spulenelement als Teil des Sensorgehäuses verwendet wird.
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Eine weitere Maßnahme zur Verbesserung des Sensorelements bei reduziertem Lagenabstand ergibt sich aus einer versetzten Anordnung der Spulenwindungen.
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Diese Windungsanordnung hat Vorteile hinsichtlich der mechanischen Stabilität. Durch eine homogenere Materialverteilung der Windungen im umgebenden Trägermaterial erfolgt eine gleichmäßigere Kraft- und Spannungsverteilung im Lastfall, was zu höheren Bruchlasten, z. B. bei axialer Krafteinleitung führt.
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Weiterhin führt die versetzte Windungsanordnung zu einer reduzierten Welligkeit der Oberfläche des Spulenelements. Diese Welligkeit entsteht prozessbedingt durch den zusätzlichen Auftrag des Windungsmaterials. Die Höhe des zusätzlich eingebrachten Materials addiert sich über die mehreren Lagen auf und zeichnet sich auf der Oberfläche des Sensorelements ab. Durch den abwechselnden Versatz der Position der Windungen über die einzelnen Lagen kann diese Welligkeit zu großen Teilen reduziert werden. Da in der Regel glatte Sensoroberflächen gefordert sind, erspart diese Maßnahme eine zusätzliche Oberflächenbearbeitung, wie z. B. Schleifen.
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Ein weiterer Vorteil der versetzten Windungsanordnung besteht in der Verringerung der kapazitiven Kopplung der Windungen untereinander. Durch den Versatz der benachbarten Windungen zweier Lagen erhöht sich der effektive Abstand zwischen diesen Windungen. Ebenso reduziert sich die effektive Fläche zwischen den Windungen, wodurch insgesamt die Kapazität der Anordnung reduziert wird, was sich positiv auf die Messsignalstabilität auswirkt.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die im Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltung und Weiterbildung der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt
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1 in einer schematischen Ansicht den grundsätzlichen Aufbau einer aus dem Stand der Technik bekannten Standardspule im Querschnitt,
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2a in einer schematischen Ansicht den Gegenstand aus 1, zur Gegenüberstellung mit einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung gemäß 2b,
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2b in einer schematischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung mit vier Lagen pro Einheit Querschnittsfläche,
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3 in einer schematischen Ansicht, im Querschnitt, ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spule gegenüber einem Messobjekt, insbesondere zur Definition des mittleren Spulenabstands und des Abstands zum Messobjekt,
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4 in einer schematischen Ansicht, im Querschnitt, ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung mit versetzten Spulenwindungen und
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5 in einer schematischen Ansicht, im Querschnitt, ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wirbelstromsensors mit erfindungsgemäßer Spulenanordnung als Bestandteil des Spulengehäuses.
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1 zeigt in schematischer Anordnung eine Standardspule 1 im Querschnitt. Die Spule umfasst bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Lagen 2 mit dort integrierten Windungen 3.
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Die Windung 3 der Spule ist durch eine Linie 4 definiert, die eine vorgegebene Linienbreite 5 und eine Liniendicke 6 aufweist. Der Abstand zwischen den Linien 4 wird als Linienabstand 7 bezeichnet.
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Der Abstand zwischen den Windungen 3 der Lagen 2 wird als Lagenabstand 8a bezeichnet. Bezugszeichen 8b kennzeichnet die Dicke einer einzelnen Lage 2, fortlaufend als Lagendicke 8b bezeichnet.
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2a zeigt noch einmal die herkömmliche Standardspule 1, von der sich die in 2b dargestellte erfindungsgemäße Spulenanordnung ganz erheblich unterscheidet, nämlich dadurch, dass dort an Stelle von zwei Lagen 2 vier Lagen 2 pro Einheit Querschnittsfläche 9 vorgesehen sind. Die gemäß 2b vorgesehenen vier Lagen 2 nehmen den gleichen Raum ein wie die zwei Lagen 2 bei der herkömmlichen Standartspule 1 nach 2a.
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3 zeigt in schematischer Ansicht ein insgesamt acht Lagen 2 umfassendes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung, nämlich einer aus keramischen Lagen 2 aufgebaute Spule im Querschnitt. Dort ist einerseits der mittlere Spulenabstand 10 und andererseits der Abstand 11 zum Messobjekt 11b eingezeichnet.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung, die aus drei Lagen 2 aufgebaut ist. Die Windungen 3 sind zueinander versetzt, wodurch sich ein reduzierter Lagenabstand 8 ergibt.
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5 zeigt in schematischer Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors am Beispiel eines Wirbelstromsensors. Das Sensorelement umfasst zwölf Lagen 2 aus Keramiksubstrat mit integrierten Windungen 3. Des Weiteren ist die Spulenanordnung 12 durch vier Lagen 13 ohne Windungen getragen, bestehend aus einem Keramiksubstrat mit einer Dicke von beispielsweise 50 μm. Dadurch ist eine Stabilisierung der Spulenanordnung 12 geschaffen.
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5 zeigt darüber hinaus deutlich, dass die Spulenanordnung 12 das Gehäuse 14 messseitig abschließt. Eine hermetische Abdichtung des Gehäuses 14 ist dadurch geschaffen, dass die Spulenanordnung 12 durch Aktivlöten mit dem Gehäuse 14 verbunden ist.
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In 5 ist des Weiteren angedeutet, dass die elektrischen Kontakte 15 der Spulenanordnung 12 in das Gehäuse 14 hineinragen. Dort ist eine Kontaktierung zu einem wie auch immer beschaffenen Anschlusskabel 16 realisiert, welches aus dem Gehäuse 14 über übliche Abdichtmaßnahmen herausführt.
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Das Sensorelement kann im Konkreten aus einer Mehrlagen-Keramik mit 12 Lagen aus Keramiksubstrat mit 50 μm Lagendicke bestehen. Zur Erhöhung der Stabilität sind dies Lagen mit vier Lagen konventioneller Keramikfolie mit 100 μm Dicke versintert. Die Breite der Leiterbahnen, d. h. die Linienbreite, beträgt 120 μm. Der Abstand der Windungen zueinander, d. h. der Linienabstand, beträgt 120 μm. Insgesamt sind 140 Windungen vorgesehen. Die Liniendicke kann bei 25 μm liegen. Mühelos lässt sich hier eine Güte im Verhältnis zum Messbereich vom 1,2 mm–1 erreichen.
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Das Sensorelement ist durch Aktivlöten fest mit dem Metallgehäuse des Sensors verbunden. Im Gehäuse 14 wird die Anschlussleitung mit den Kontakten auf der Rückseite des Sensorelementes verbunden. Da die obersten Keramiklagen nur eine Dicke von 50 μm aufweist, gelangt die Spule sehr nahe an das Messobjekt, wodurch der effektive Messbereich gegenüber herkömmlichen Keramik-Sensorelementen vergrößert ist. Durch den geringen Lagenabstand besitzt der Sensor mit optimierter Güte eine sehr geringe Baulänge, was die Miniaturisierung begünstigt.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sensors wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
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Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Sensors lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Standardspule, Spulenanordnung
- 2
- Lage
- 3
- Windung, Spulenwindung
- 4
- Linie
- 5
- Linienbreite
- 6
- Liniendicke
- 7
- Linienabstand
- 8a
- Lagenabstand
- 8b
- Lagendicke
- 9
- Einheit Querschnittsfläche
- 10
- Mittlerer Spulenabstand
- 11a
- Abstand zum Messobjekt
- 11b
- Messobjekt
- 12
- Spulenanordnung
- 13
- Lage ohne Windung
- 14
- Gehäuse
- 15
- elektrischer Kontakt
- 16
- Anschlusskabel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008016829 A1 [0020]
- DE 10314875 A1 [0020]
