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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Schaltungsträger für eine Sensoreinheit nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1 und von einer korrespondierenden Sensoreinheit nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 7.
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Aus der
WO 2009/007286 A2 ist beispielsweise eine Anschlusseinheit für eine Druckmesszelle bekannt. Die bekannte Anschlusseinheit umfasst eine Schutzhülse, in welcher mindestens eine Messzelle, welche insbesondere einen Druck eines Hydraulikblocks erfasst, und ein Schaltungsträger mit einer senkrecht gestellten Leiterplatte angeordnet sind, welche eine elektronische Schaltung mit mindestens einem elektronischen und/oder elektrischen Bauteil umfasst. Der Schaltungsträger weist einen unteren zylindrischen Bereich und einen oberen zylindrischen Bereich auf, welche über einen rechteckförmigen mittleren Abschnitt miteinander verbunden sind, wobei die senkrecht gestellte Leiterplatte parallel zum rechteckförmigen mittleren Abschnitt zwischen den beiden zylindrischen Abschnitten des Schaltungsträgers angeordnet ist. Die Druckmesszelle weist zumindest einen Anschlusspunkt auf, über den zumindest ein elektrisches Ausgangssignal der Druckmesszelle abgreifbar ist. Der Schaltungsträger weist eine interne Schnittstelle, welche das mindestens eine elektrische Ausgangssignal der Druckmesszelle abgreift und an die elektronische Schaltung anlegt, und eine externe Schnittstelle auf, über welche ein Ausgangssignal der elektronischen Schaltung abgreifbar ist. Hierbei ist die interne Schnittstelle an einem ersten Ende der Schutzhülse ausgebildet, und die externe Schnittstelle ist an einem zweiten Ende der Schutzhülse ausgebildet. Des Weiteren weist der Schaltungsträger zur Kontaktierung des Anschlusspunkts mit der elektronischen Schaltung zumindest eine außenliegende Leiterbahn auf. Zudem ist zumindest ein Kontaktmittel vorgesehen, über welches ein Ausgangssignal der elektronischen Schaltung abgreifbar ist, wobei die elektronische Schaltung über zumindest eine außen liegende Leiterbahn des Schaltungsträgers mit dem Kontaktmittel verbunden ist. Die Kontaktierung zwischen der Druckmesszelle und dem Schaltungsträger bzw. dem Schaltungsträger und der Leiterplatte bzw. den elektronischen Bauelementen erfolgt über entsprechende Leitkleberverbindungen. Zur Herstellung dieser Leitkleberverbindungen weist der Schaltungsträger Leitklebedome und die Druckmesszelle bzw. die Leiterplatte bzw. die elektronischen Bauelementen entsprechende Leitkleberflächen auf. Der Schaltungsträger besteht vorzugsweise zumindest aus einem Kunststoff-Vorspritzling aus galvanisierbarem Kunststoff und einem zweiten, nicht galvanisierbaren Kunststoff, wobei die Leiterbahnen und die Leitkleberdome in einem galvanischen Prozess als metallische Oberflächenbeschichtung auf dem galvanisierten Kunststoff erzeugt werden. Zur lösbaren Direktkontaktierung der Anschlusseinheit mit einem Anbausteuergerät sind die entsprechenden Kontaktmittel vorzugsweise als Kontaktniete ausgeführt, welche mittels Leitkleber in vorgesehene mit den Leiterbahnen verbundene Öffnungen eingeklebt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Schaltungsträger für eine Sensoreinheit gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der Schaltungsträger die Funktionalität eines Kontaktstücks und eines Leiterplattenträgers kombiniert und die Leiterplatte elektrisch mit einer Messzelle verbindet, welche eine Messgröße in elektrische Ausgabesignale umwandelt. Die Anschlusspunkte der Messzelle werden nahezu kraftfrei, vorzugweise in Bondtechnik, mit den zweiten Kontaktmitteln des Schaltungsträgers kontaktiert. Somit bilden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schaltungsträgers das Verbindungselement zwischen einem Sensorträger mit Messzelle und der Leiterplatte. Der Schaltungsträger kann an der ersten Schnittstelle durch Einpressen, Stecken und/oder Kleben mechanisch mit dem Sensorträger verbunden werden, wobei der Schaltungsträger einen Abstand zur Messzelle aufweist, um bei der Montage des Schaltungsträgers in vorteilhafter Weise eine Kraftwirkung auf die Messzelle zu vermeiden, welche die Messergebnisses nachhaltig negativ beeinflussen kann. Die Leiterplatte kann an der zweiten Schnittstelle direkt durch eine Leitklebung, Kontaktfedern usw. mechanisch und elektrisch mit dem Schaltungsträger verbunden werden.
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Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schaltungsträgers ermöglichen eine Bauraumoptimierung der Sensoreinheit durch Senkrechtstellen der Leiterplatte bzw. durch Veränderung der Fügegeometrie jeden beliebigen Winkel der Leiterplatte. Dadurch kann die Leiterplatte flexibel an den Schaltungsträger angebunden werden und direkt in den Schaltungsträger eingesteckt werden, wobei die Stellung bzw. der Winkel der Leiterplatte flexibel durch die Führung im Schaltungsträger ausführbar ist. Zudem reduzieren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schaltungsträgers in vorteilhafte Weise die Anzahl der Kontaktübergänge zwischen Messzelle und Leiterplatte und erhöht dadurch die Zuverlässigkeit der Sensoreinheit, da jeder Kontaktübergang versagen kann.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einen Schaltungsträger für eine Sensoreinheit zur Verfügung, welcher eine erste Schnittstelle, über welche mindestens ein elektrisches Ausgangssignal an mindestens einem Anschlusspunkt einer Messzelle abgreifbar ist, und eine zweite Schnittstelle aufweist, über welche das mindestens eine elektrische Ausgangssignal der Messzelle über erste Kontaktmittel an eine Leiterplatte mit einer elektronischen Schaltung anlegbar ist. Erfindungsgemäß umfasst der Schaltungsträger einen Grundkörper mit einer inneren Fügegeometrie, welche mechanischer Teil der ersten Schnittstelle ist, und einer äußeren Fügegeometrie, welche mechanischer Teil der zweiten Schnittstelle ist, wobei der Grundkörper mindestens ein zweites Kontaktmittel aufweist, welches kraftfrei mit einem korrespondierenden Anschlusspunkt der Messzelle elektrisch verbindbar ist.
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Die erfindungsgemäße Sensoreinheit gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 7 hat demgegenüber den Vorteil, dass sie besonders kompakt aufgebaut werden kann, da der Schaltungsträger nur die interne Schnittstelle ausbildet und am ersten Ende der Schutzhülse angeordnet ist. Die Leiterplatte ist innerhalb der Schutzhülse gleichzeitig als Strukturbauteil ausgebildet und an der ersten Stirnseite mit dem Schaltungsträger gefügt. An der zweiten Stirnseite ist die Leiterplatte mit einer Stützeinheit gefügt, welche die Leiterplatte gegen die Schutzhülse abstützt. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Bauhöhe der Sensoreinheit reduziert werden.
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Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoreinheit weisen einen modularen Aufbau auf, so dass in vorteilhafter Weise verschiedenste Sensoren und Kundenschnittstellen umgesetzt werden können. Des Weiteren kann durch die Schutzhülse in Verbindung mit der Stützeinheit und dem Schaltungsträger ein integrierter Berührschutz bereitgestellt werden, welcher die Ausfallwahrscheinlichkeit während der Montage bzw. im Feld reduziert. Zudem können für die externe Schnittstelle in vorteilhafter Weise redundante Kontaktiermöglichkeiten ohne wirksame externe statische Kontaktierkraft direkt auf der Leiterplatte zur Verfügung gestellt werden.
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Der Kern der erfindungsgemäßen Sensoreinheit besteht in einer intelligenten Kombination von verschiedenen bisher diskreten Bauelementen bzw. Funktionen in einem Bauteil. Solche kombinierten Bauteile weisen mehr Freiheitsgrade auf und können somit flexibler eingesetzt werden. Durch die Verwendung von mehreren solcher kombinierter Bauteile mit Mehrfachfunktionen entsteht eine Sensoreinheit aus einem modularen Verbund, welcher den Schaltungsträger, welcher die Messzelle elektrisch kontaktiert, die senkrecht gestellte Leiterplatte, welche vorzugsweise beidseitig bestückbar ist und in den Schaltungsträger eingesteckt und/oder eingeklebt ist, das Stützelement, welches vorzugsweise auf die senkrecht stehende Leiterplatte aufgesteckt und/oder aufgeklebt ist, und die Schutzhülse mit einem Flansch umfasst, welcher die Messzelle trägt. Auf der Leiterplatte ist eine elektronische Schaltung angeordnet, welche beispielsweise eine Signalverstärkung und/oder ein Verarbeitung eines Rohsignals der Messzelle durchführt. Zudem kann bei der Verwendung einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) eine entsprechende Schutzbeschaltung auf der Leiterplatte vorgesehen werden. Als Zusatzfunktion können im Stützelement Führungsmittel zur Führung von externen Kontaktmitteln vorgesehen werden, welche mit den zweiten Kontaktmitteln der Leiterplatte die externe Schnittstelle ausbilden.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Sensoreinheit zur Verfügung, welche eine Schutzhülse aufweist, in welcher mindestens eine Messzelle, welche insbesondere einen Druck eines Hydraulikblocks erfasst, und ein Schaltungsträger mit einer im Wesentlichen senkrecht gestellten Leiterplatte angeordnet sind, welche vorzugsweise beidseitig bestückbar ist und eine elektronische Schaltung mit mindestens einem elektronischen und/oder elektrischen Bauteil umfasst. Die Messzelle weist mindestens einen Anschlusspunkt auf, über welchen mindestens ein elektrisches Ausgangssignal der Messzelle abgreifbar ist. Der Schaltungsträger weist eine interne Schnittstelle auf, welche das mindestens eine elektrische Ausgangssignal der Messzelle abgreift und an die elektronische Schaltung anlegt. Über eine externe Schnittstelle ist ein Ausgangssignal der elektronischen Schaltung abgreifbar. Hierbei ist die interne Schnittstelle an einem ersten Ende der Schutzhülse ausgebildet, und die externe Schnittstelle ist an einem zweiten Ende der Schutzhülse ausgebildet. Erfindungsgemäß umfasst die Sensoreinheit den oben beschriebenen Schaltungsträger, dessen Grundkörper eine innere Fügegeometrie, welche mechanischer Teil der ersten Schnittstelle ist, und eine äußere Fügegeometrie umfasst, welche mechanischer Teil der zweiten Schnittstelle ist, wobei der Grundkörper mindestens ein zweites Kontaktmittel aufweist, welches kraftfrei mit einem korrespondierenden Anschlusspunkt der Messzelle elektrisch verbunden ist.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Schaltungsträgers für eine Sensoreinheit und der im unabhängigen Patentanspruch 7 angegebenen Sensoreinheit möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass die innere Fügegeometrie des Schaltungsträgers an eine Außenkontur der Messzelle angepasst ist. Dadurch kann der Grundkörper des Schaltungsträgers die Messzelle im gefügten Zustand spielbeweglich umschließen, so dass bei der Montage keine Kraft vom Schaltungsträger auf die Messzelle wirken kann. Vorzugsweise besteht der Schaltungsträger zumindest aus einem Kunststoff-Vorspritzling aus einem galvanisierbaren ersten Kunststoff und einem nicht galvanisierbaren zweiten Kunststoff, wobei Leiterbahnen und Kontaktmittel als metallische Oberflächenbeschichtung durch einen galvanischen Prozess auf den galvanisierbaren Kunststoff aufgebracht sind. Alternativ kann der Kunststoff-Vorspritzling aus dem nicht galvanisierbaren zweiten Kunststoff gefertigt und zumindest teilweise mit dem galvanisierbaren ersten Kunststoff überspritzt werden.
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Der Schaltungsträger kann beispielsweise mittels einer MID-2K-Technik hergestellt werden, d. h. der spritzgegossene Schaltungsträger (Moulded Interconnected Device) besteht aus zwei Komponenten, welche einen galvanisierbaren ersten Kunststoff umfassen, der zumindest teilweise mit einem nicht galvanisierbaren zweiten Kunststoff überspritzt wird. Alternativ kann auch der nicht galvanisierbare zweite Kunststoff zumindest teilweise mit dem galvanisierbaren ersten Kunststoff überspritzt werden. Die teilweise hervorstehenden Oberflächen des Vorspritzlings werden durch einen galvanischen Prozess mit einer metallischen Oberfläche beschichtet, so dass die außenliegenden Leiterbahnen und Kontaktmittel entstehen. Die Verwendung eines solchen spritzgegossenen MID-Schaltungsträgers eignet sich im vorliegenden Anwendungsfall besonders gut, da aufgrund der verbesserten Gestaltungsfreiheit und der Integration von elektrischen und mechanischen Funktionen die Miniaturisierung der Anschlusseinheit für die Sensoreinheit vorangetrieben werden kann. Wahlweise kann der Schaltungsträger auch durch ein MID hergestellt werden, welches mittels eines Lasers direkt strukturiert wird. Der MID-Schaltungsträger besteht dann aus einem Spritzgussteil, bei dem die Orte der Leiterbahnen und Kontaktmittel mit Hilfe eines Lasers strukturiert und danach durch einen galvanischen Prozess mit einer metallischen Oberfläche beschichtet werden. Alternativ kann der Schaltungsträger auch als mit Kunststoff umspritztes Stanzgitter hergestellt werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schaltungsträgers kann das mindestens eine erste Kontaktmittel über eine außenliegend am Grundkörper ausgebildete Leiterbahn mit mindestens einem korrespondierenden zweiten Kontaktmittel elektrisch verbunden werden. Vorzugsweise kann das mindestens eine zweite Kontaktmittel des Schaltungsträgers über einen Bonddraht mit dem korrespondierenden Anschlusspunkt der Messzelle elektrisch verbunden werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schaltungsträgers kann der Grundkörper als Hohlzylinder ausgeführt werden, an dessen Innenkontur die innere Fügegeometrie vorzugsweise als Vieleck ausgebildet werden kann. Die äußere Fügegeometrie kann am Grundkörper des Schaltungsträgers zwei Aufnahmetaschen mit überstehendem Kragen umfassen, welche jeweils mindestens ein erstes Kontaktmittel zur elektrischen Kontaktierung der Leiterplatte umfassen können.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schaltungsträgers können am Grundkörper des Schaltungsträgers Mittel zum Fügen des Schaltungsträgers mit einem Sensorträger vorgesehen werden, welcher mit der Messzelle verbunden ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit kann die senkrecht gestellte Leiterplatte einen Grundträger umfassen, welcher an einer ersten Stirnseite eine erste Fügegeometrie aufweist, welche mit der äußeren Fügegeometrie am Grundkörper des Schaltungsträgers gefügt werden kann. Hierbei kann der Grundträger der im Wesentlichen senkrecht gestellten Leiterplatte im Bereich der ersten Fügegeometrie erste Kontaktmittel aufweisen, welche mit korrespondierenden ersten Kontaktmitteln im Bereich der äußeren Fügegeometrie am Grundkörper des Schaltungsträgers die interne elektrische Schnittstelle ausbilden. Die erste Fügegeometrie der Leiterplatte kann beispielsweise als Aussparung im Grundträger ausgeführt werden, welche an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils von einem Führungsschenkel begrenzt ist, wobei die beiden Führungsschenkel der ersten Fügegeometrie der Leiterplatte jeweils mit einer Aufnahmetasche der äußeren Fügegeometrie des Schaltungsträgers gefügt sind. Hierbei können die Führungsschenkel über innere Führungskanten in den Aufnahmetaschen und/oder über äußere Führungskanten an einer Innenkontur der Schutzhülse geführt werden. Durch eine entsprechende Formgebung der Aufnahmetaschen im Schaltungsträger kann die Leiterplatte bei Bedarf einen vorgebbaren kleinen Neigungswinkel zur senkrechten Hochachse der Sensoreinheit aufweisen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltungsträgers.
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2 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit aus 1 ohne Schutzhülse.
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3 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines Sensorträgers mit einem Befestigungsflansch und einer Messzelle für die erfindungsgemäße Sensoreinheit aus 1 oder 2 vor dem Fügen der Messzelle mit dem Sensorträger.
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4 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung des Sensorträgers und des erfindungsgemäßen Schaltungsträgers für die erfindungsgemäße Sensoreinheit aus 1 oder 2 vor dem Fügen des erfindungsgemäßen Schaltungsträgers mit dem Sensorträger.
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5 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung des Sensorträgers mit dem gefügten erfindungsgemäßen Schaltungsträger für die erfindungsgemäße Sensoreinheit aus 1 oder 2.
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6 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung des Sensorträgers mit einer gefügten Schutzhülse vor dem Fügen der mit einer Stützeinheit gefügten Leiterplatte für die erfindungsgemäße Sensoreinheit 1 oder 2.
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7 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit aus 1 oder 2 nach dem Fügen der Leiterplatte ohne Stützeinheit und ohne Schutzhülse.
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8 bis 10 zeigen jeweils eine schematische Perspektivdarstellung des erfindungsgemäßen Schaltungsträgers für die erfindungsgemäße Sensoreinheit aus 1 oder 2.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Wie aus 1 bis 10 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoreinheit 1 eine Schutzhülse 20, in welcher mindestens eine Messzelle 50, welche insbesondere einen hydraulischen Druck eines magnetventilgesteuerten Fluids in einem Fahrzeugbremssystem erfasst, und ein erfindungsgemäßer Schaltungsträger 60 mit einer im Wesentlichen senkrecht gestellten Leiterplatte 40 angeordnet sind. Die Leiterplatte 40 ist vorzugsweise beidseitig bestückbar ausgeführt und umfasst eine elektronische Schaltung 44 mit mindestens einem elektronischen und/oder elektrischen Bauteil 44.1, 44.2, welche beispielsweise eine Signalverstärkung und/oder ein Verarbeitung eines Rohsignals der Messzelle 50 durchführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die elektronische Schaltung 44 eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) 44.1 und eine korrespondierende Schutzbeschaltung. Die Messzelle 50 wandelt den hydraulischen Druck in mindestens ein elektrisches Ausgangssignal um und weist mindestens einen Anschlusspunkt 54 auf, über welchen das mindestens eine elektrische Ausgangssignal der Messzelle 50 abgreifbar ist. Der erfindungsgemäße Schaltungsträger 60 weist eine interne Schnittstelle 26 auf, welche das mindestens eine elektrische Ausgangssignal der Messzelle 50 abgreift und an die elektronische Schaltung 44 anlegt. Zudem ist ein Ausgangssignal der elektronischen Schaltung 44 über eine externe Schnittstelle 28 abgreifbar. Hierbei ist die interne Schnittstelle 26 an einem ersten Ende 20.1 der Schutzhülse 20 ausgebildet, und die externe Schnittstelle 28 ist an einem zweiten Ende 20.2 der Schutzhülse 20 ausgebildet. Die Schutzhülse 20 schützt das Innenleben der Sensoreinheit 1 vor übermäßiger mechanischer Belastung.
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Zur Ausbildung der internen Schnittstelle 26 umfasst der erfindungsgemäße Schaltungsträger 60 eine erste Schnittstelle 62a, über welche mindestens ein elektrisches Ausgangssignal an mindestens einem Anschlusspunkt 54 einer Messzelle 50 abgreifbar ist, und eine zweite Schnittstelle 62b, über welche das mindestens eine elektrische Ausgangssignal der Messzelle 50 über erste Kontaktmittel 64.1 an die Leiterplatte 40 mit der elektronischen Schaltung 44 anlegbar ist. Erfindungsgemäß umfasst der Schaltungsträgers 60 einen Grundkörper 62 mit einer inneren Fügegeometrie 62.2, welche mechanischer Teil der ersten Schnittstelle 62a ist, und einer äußeren Fügegeometrie 62.1, welche mechanischer Teil der zweiten Schnittstelle 62b ist. Der Grundkörper 62 weist mindestens ein zweites Kontaktmittel 64.3 auf, welches kraftfrei mit einem korrespondierenden Anschlusspunkt 54 der Messzelle 50 elektrisch verbindbar ist.
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Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, ist die Schutzhülse 20 im dargestellten Ausführungsbeispiel als Hohlzylinder ausgeführt und weist am ersten Ende 20.1 eine Abstufung 22 auf. Die Schutzhülse 20 ist am abgestuften ersten Ende 20.1 mit einem Sensorträger 10 gefügt, welcher einen Befestigungsflansch 12 und einen Messanschluss 18 aufweist, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel der Sensoreinheit 1 als Drucksensoreinheit als Self-Clinch-Anschluss ausgeführt ist. Der Befestigungsflansch 12 weist eine Flanschkante 12.1 auf, auf welcher sich die Schutzhülse 20 abstützt und über welche die Sensoreinheit 1 mit einem nicht dargestellten Fluidblock verstemmt werden kann. Zudem umfasst der Befestigungsflansch 12 eine abgestufte Flanschoberfläche 14, wobei die Stufe 16 zwischen der Flanschkante 12.1 und der Flanschoberfläche 14 im dargestellten Ausführungsbeispiel als Verbindungsbereich verwendet wird, auf welchem die Schutzhülse 20 aufgepresst ist. Zusätzlich kann die Schutzhülse 20 am Übergang der Stufe 16 zur Flanschkante 12.1 mit dem Befestigungsflansch 12 verschweißt werden. Die Höhe der Abstufung 22 bzw. Einschnürung der Schutzhülse 20 ist so gewählt, dass das Verstemmen der Sensoreinheit 1 mit dem nicht dargestellten Fluidblock über die Flanschkante 12.1 mittels eines Verstemmwerkzeugs möglich ist. Durch die gestufte Ausführung am unteren ersten Ende 20.1 der Schutzhülse 20 kann der Befestigungsflansch 12 des Sensorträgers 10 in vorteilhafter Weise mit einem kleineren Durchmesser ausgeführt werden. Alternativ kann die Schutzhülse 20 aber auch ohne Abstufung 22 ausgeführt werden.
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Wie aus 2 bis 10 weiter ersichtlich ist, ist der Grundkörper 62 des erfindungsgemäßen Schaltungsträgers 60 im dargestellten Ausführungsbeispiel als Hohlzylinder mit einer inneren Fügegeometrie 62.2 ausgeführt, welche als Vieleck ausgeführt und an eine Außenkontur 56 der Messzelle 50 angepasst ist und im gefügten Zustand die Messzelle 50 spielbeweglich umschließt. Durch das vorgesehene Spiel zwischen der Messzelle 50 und dem Schaltungsträger 60 kann bei der Montage und während des Betriebs keine Kraft vom Schaltungsträger 60 auf die Messzelle 50 wirken, so dass in vorteilhafter Weise eine negative Beeinflussung des Messverhaltens der Messzelle 50 nahezu vollständig ausgeschlossen werden kann. Durch die Ausführung als Vieleck und die damit verbundenen geraden Kanten, kann die Messzelle 50 bei der Herstellung einfach aus einer Grundplatte ausgeschnitten werden. Vorzugsweise sind die Außenkontur 56 der Messzelle 50 und somit die innere Fügegeometrie 62.2 des Schaltungsträgers als regelmäßiges Sechseck oder Achteck ausgeführt. Die äußere Fügegeometrie 62.1 am Grundkörper 62 des Schaltungsträgers 60 umfasst zwei Aufnahmetaschen mit überstehendem Kragen 62.3, welche jeweils mindestens ein erstes Kontaktmittel 64.1 zur elektrischen Kontaktierung der Leiterplatte 40 umfassen. Das mindestens eine erste Kontaktmittel 64.1 ist über eine außenliegende Leiterbahn 64.2 am Grundkörper 62 des Schaltungsträgers 60 mit mindestens einem zweiten Kontaktmittel 64.3 zur elektrischen Kontaktierung der Messzelle 50 verbunden. Die erste Fügegeometrie 42.3 der Leiterplatte 40 ist als Aussparung im Grundträger 42 ausgeführt, welche an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils von einem Führungsschenkel 42.4 begrenzt ist. Die beiden Führungsschenkel 42.4 der ersten Fügegeometrie 42.3 der Leiterplatte 40 sind jeweils mit einer Aufnahmetasche der äußeren Fügegeometrie 62.1 des Schaltungsträgers 60 gefügt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Führungsschenkel 42.4 der Leiterplatte 40 über innere Führungskanten 42.5 in den Aufnahmetaschen 62.1 des Schaltungsträgers 60 geführt. Zusätzlich oder alternativ können die Führungsschenkel 42.4 der Leiterplatte 40 auch über äußere Führungskanten an einer Innenkontur 24 der Schutzhülse 20 geführt werden. Durch eine entsprechende Formgebung der Aufnahmetaschen 62.1 kann die Leiterplatte 40 bei Bedarf einen vorgebbaren kleinen Neigungswinkel zur senkrechten Hochachse der Sensoreinheit 1 aufweisen.
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Wie aus 2 bis 7 weiter ersichtlich ist, weist der Grundträger 42 der im Wesentlichen senkrecht gestellten Leiterplatte 40 im Bereich der ersten Fügegeometrie 42.3 erste Kontaktmittel 46.1 auf, welche mit korrespondierenden ersten Kontaktmitteln 64.1 im Bereich der äußeren Fügegeometrie 62.1 am Grundkörper 62 des Schaltungsträgers 60 die interne elektrische Schnittstelle 26 ausbilden. Im Bereich der zweiten Fügegeometrie 42.1 weist der Grundträger 42 der senkrecht gestellten Leiterplatte 40 zweite Kontaktmittel 46.2 auf, welche von korrespondierenden in 10 dargestellten externen Kontaktmitteln 70 kontaktierbar sind und die externe elektrische Schnittstelle 28 ausbilden.
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Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, weist der Grundkörper 32 der Stützeinheit 30 eine Aufnahmeöffnung 32.1 für die Leiterplatte 40 auf. Die Stützeinheit 30 ist am zweiten Ende 20.2 der Schutzhülse 20 spielbeweglich eingeführt und über die Aufnahmeöffnung 32.1 auf die Leiterplatte 40 aufgeschoben. Über eine Außenkontur 34 stützt die Stützeinheit 30 die Leiterplatte 40 gegen eine Innenkontur 23 der Schutzhülse 20 ab. Zudem weist die Stützeinheit 30 als Kontaktaufnahmetaschen ausgeführte Führungsmittel 32.2 zur Führung der externen Kontaktmittel 70 auf.
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Wie aus 3 bis 5 weiter ersichtlich ist, kann der Befestigungsflansch 12 beispielsweise mittels einer Self-Clinch-Anschluss 18 mit dem nicht dargestellten Fluidblock verpresst bzw. angebunden werden. Neben dem oben beschriebenen Verbindungsbereich 16 zum Aufpressen bzw. Verschweißen der Schutzhülse 20 sind in die Flanschoberfläche 14 Verbindungsöffnungen 14.1 eingebracht, welche am Schaltungsträger 60 angeordnete Verbindungszapfen 66 aufnehmen, um eine verdrehsichere Verbindung des Schaltungsträgers 60 mit dem Sensorträger 10 zu ermöglichen. Zum Fügen des Schaltungsträgers 60 mit dem Sensorträger 10 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Kleberschicht 61 auf die Flanschoberfläche 14 aufgebracht. Selbstverständlich können auch andere geeignete und dem Fachmann bekannte Verbindungstechniken eingesetzt werden, um den Schaltungsträger 60 verdrehsicher mit dem Sensorträger 10 zu fügen. So kann am Befestigungsflansch 12 des Sensorträgers 10 beispielsweise eine umlaufende Aufnahmenut eingebracht werden, welche mit am Grundkörper 62 des Schaltungsträgers 60 angeformten Rastnasen bzw. Rastbügeln eine Clipsverbindung ausbilden können.
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Wie aus 3 bis 5 weiter ersichtlich ist, ist die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Druckmesszelle ausgeführte Messzelle 50 so auf einem rohrförmigen Träger 11 des Befestigungsflansches 12 aufgesetzt, dass abhängig vom Druck des Fluids im Hydraulikblock eine Messmembran 50.1 der Messzelle 50 verformt wird. Die Verformung der Messmembran 50.1 wird von einer Messbrücke 52 erfasst. Die Messbrücke 52 ist mit vier Kontaktpunkten 54 verbunden, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils über Bonddrähte 58 mit den als Bondflächen ausgeführten zweiten Kontaktmitteln 64.3 des Schaltungsträgers 60 elektrisch verbunden sind. Der Schaltungsträger 60 wird vorzugsweise in sogenannter MID-2K-Technik ausgebildet. Er ist als spritzgegossener Schaltungsträger 60 aus Kunststoff in MID-Technik (Moulded Interconnected Device) hergestellt, insbesondere im Zweikomponentenspritzguss. Durch MID-Technik lassen sich dreidimensionale Schaltungsstrukturen realisieren. Ein Kunststoff-Vorspritzling aus einem galvanisierbaren ersten Kunststoff wird mit einem nicht galvanisierbaren zweiten Kunststoff teilweise überspritzt. Alternativ kann auch der nicht galvanisierbare zweite Kunststoff zumindest teilweise mit dem galvanisierbaren ersten Kunststoff überspritzt werden. Die teilweise hervorstehenden Oberflächen des Vorspritzlings werden durch einen galvanischen Prozess mit einer metallischen Oberfläche beschichtet, so dass die außen liegenden Leiterbahnen 64.2 und die ersten und zweiten Kontaktmittel 64.1, 64.2 entstehen. Der Schaltungsträger 60 zeichnet sich insbesondere durch die Integration elektrischer und mechanischer Funktionen durch hohe Gestaltungsfreiheit aus. Dadurch lässt sich die Sensoreinheit 1 besonders kompakt aufbauen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Schaltungsträger 60 zumindest aus einem Kunststoff-Vorspritzling aus einem galvanisierbaren ersten Kunststoff und einem nicht galvanisierbaren zweiten Kunststoff. Auf einer Stirnfläche des Schaltungsträgers 60 sind die als Bondflächen ausgeführten zweiten Kontaktmittel 64.3 angeordnet, welche über außenliegende Leiterbahnen 64.2 mit den korrespondierenden als Kontaktflächen ausgeführten ersten Kontaktmitteln 64.1 verbunden sind, welche in den Aufnahmetaschen der äußeren Fügegeometrie 62.1 angeordnet sind. Die ersten Kontaktmittel 64.1, die Leiterbahnen 64.2 und die zweiten Kontaktmittel 64.3 des Schaltungsträgers 60 sind jeweils als Metallschicht mit vorgegebenen Abmessungen ausgebildet und sind in einem galvanischen Prozess auf den galvanisierbaren Kunststoff des Schaltungsträgers 60 aufgebracht.
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Bei der Herstellung der Sensoreinheit 1 wird die Messzelle 50 mit dem Sensorträger 10 verschweißt. Anschließend wird der Schaltungsträger 60 über die Verbindungszapfen 66 in die Verbindungsöffnungen 14.1 eingepresst und aufgeklebt, wobei die Haltekleberschicht 61 zwischen der Flanschoberfläche 14 und einer Grundfläche des Schaltungsträgers 60 eingebracht wird. Wie aus 6 ersichtlich ist, wird nach dem Aushärten der Haltekleberschicht 61 die Schutzhülse 20 aufgepresst und eventuell mit einer Punktschweißung fixiert.
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Wie aus 6 und 7 weiter ersichtlich ist, wird die Leitplatte 40 in die Aufnahmetaschen der äußeren Fügegeometrie 62.1 am Grundkörper 62 des Schaltungsträgers 60 eingesteckt und gegebenenfalls dort mit Haltekleber 5 und Leitkleber 3 fixiert, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Schaltungsträger 60 und der Leiterplatte 40 zu gewährleisten und die Leiterplatte 40 zu fixieren. Wie aus 6 weiter ersichtlich ist, wird der Haltekleber 5 an Grundflächen der Aufnahmetaschen 62.1 des Schaltungsträgers 60 eingebracht und der Leitkleber 3 wird auf die als Kontaktflächen ausgeführten ersten Kontaktmitteln 46.1 der Leiterplatte 40 aufgebracht. Alternativ können die ersten Kontaktmittel 64.1 am Grundkörper 62 des Schaltungsträgers als federelastische Kontaktelemente ausgeführt werden, welche eine zur Einsteckrichtung der Leiterplatte 40 senkrechte Kraft auf die als Kontaktflächen ausgeführten ersten Kontaktmittel 46.1 der Leiterplatte 40 ausüben und gleichzeitig die in die Aufnahmetaschen der äußeren Fügegeometrie 62.1 eingesteckte Leiterplatte 40 fixieren, so dass auf den Haltekleber 5 und den Leitkleber 3 verzichtet werden kann.
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Die Stützeinheit 30 kann vor oder nach dem Fügen der Leiterplatte 40 auf Leiterplatte 40 aufgesteckt werden. Zudem kann gegebenenfalls mittels Leit- bzw. Haltekleber eine mechanische und/oder elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte 40 und der Stützeinheit 30 hergestellt werden. Um eine sichere elektrische und mechanische Verbindung zwischen der Leiterplatte 40 und dem Schaltungsträger 60 an der internen Schnittstelle 26 zu gewährleisten, kann die Stützeinheit 30 vor dem Aushärten des Leit- bzw. Halteklebers an der internen Schnittstelle 26 aufgesteckt werden, um durch die Abstützung der Leiterplatte 40 an der Innenkontur 24 der Schutzhülse 20 ein kraft- bzw. spannungsfreies Aushärten des Leitklebers 3 und des Halteklebers 5 an der internen Schnittstelle 26 zu gewährleisten.
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Wie aus 2, 6 und 7 weiter ersichtlich ist, weist die Leiterplatte 40 den ebenen Grundträger 42 mit als Kontaktflächen ausgeführten ersten Kontaktmitteln 46.1 und als redundante Kontaktflächen ausgeführten zweiten Kontaktmitteln 46.2 auf, welche auf beiden Seiten des Grundträgers 42 angeordnet sind. Wie aus 2, 6 und 7 weiter ersichtlich ist, ist der Grundträger 42 der Leiterplatte 40 im Bereich der externen Schnittstelle 28 zur Ausbildung der zweiten Fügegeometrie 42.1 mit einer ersten Führungskante schmäler ausgeführt und weist eine Anschlagschulter 42.2 auf, an welcher die Stützeinheit 30 anliegt, wenn die zweite Stirnseite der Leiterplatte 40 von der Aufnahmeöffnung 32.1 der Stützeinheit 30 aufgenommen ist, um die Stützeinheit 30 zu führen und auf der Leiterplatte 40 zu fixieren. Alternativ kann der Anschlag auch im oberen Bereich der Stützeinheit 30 dadurch realisiert werden, dass die Tiefe der Aufnahmeöffnung 32.1 in der Stützeinheit 30 zur Aufnahme der zweiten Fügegeometrie 42.1 der Leiterplatte 40 begrenzt wird.
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Wie aus 2, 6 und 7 weiter ersichtlich ist, weist der Grundträger 42 der Leiterplatte 40 im Bereich der internen Schnittstelle 26 zur Ausbildung der ersten Fügegeometrie 42.3 eine Gabelform mit den zwei Führungsschenkeln 42.4 und zwei zweiten Führungskanten 42.5 auf, welche eine Aussparung begrenzen. Wie oben bereits ausgeführt wurde, können die Führungsschenkel 42.4 der Leiterplatte 40 zusätzlich oder alternativ auch über äußere Führungskanten an der Innenkontur 24 der Schutzhülse 20 geführt werden. Die Gabelform der ersten Fügegeometrie 42.3 der Leiterplatte 40 ist an die Aufnahmetaschen der äußeren Führungsgeometrie 62.1 des Schaltungsträgers 60 angepasst, so dass der Grundträger 42 der Leiterplatte 40 in den Schaltungsträger 60 eingesteckt und fixiert werden kann. Die Leiterplatte 40 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel beidseitig bestückt und weist zumindest zwei Schichten auf. Die zweiten Kontaktmittel 46.2 der Leiterplatte 40 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als redundante Kontaktflächen ausgeführt, welche jeweils auf einer Oberseite und einer Unterseite des Grundträgers 42 der Leiterplatte 40 angeordnet sind. Die zweiten Kontaktmittel 46.2 können über externe Kontaktmittel 70 kontaktiert werden, die beispielsweise als Kontaktklammern mit zwei Schenkeln ausgeführt sind, welche auf die als redundante Kontaktflächen ausgeführten zweite Kontaktmittel so aufgeschoben werden können, dass eine Kontaktkraft senkrecht zur Einsteckrichtung des Grundträgers 42 der Leiterplatte 40 wirkt. Da die Kontaktkraft somit quer zur eingesteckten Leiterplatte aufgebracht wird, kann die restliche Leiterplatte 40, insbesondere die interne Schnittstelle, kraftfrei bleiben. Zudem ist durch diese Geometrie eine größere Kontaktkraft möglich ist, so dass in vorteilhafter Weise auf teure Kontaktmaterialien wie Gold verzichtet werden kann.
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Der beschriebene erfindungsgemäße Schaltungsträger eignet sich insbesondere für den Einsatz in einer Drucksensoreinheit für Bremssysteme von Kraftfahrzeugen, ist jedoch hierauf nicht eingeschränkt. So kann der erfindungsmäße Schaltungsträger beispielsweise auch für optische und/oder akustische Messzellen eingesetzt werden. Insbesondere bei Bremssystemen der Premiumklasse kommt eine Vielzahl von Drucksensoren bei nur begrenztem Bauraum zum Einsatz. Eine bauraumminimierte Drucksensoreinheit eignet sich daher gerade für diese Anwendung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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