DE102014210737A1

DE102014210737A1 - Magnetisch passiver Positionssektor insbesondere für Kfz-Kraftstoffbehälter

Info

Publication number: DE102014210737A1
Application number: DE102014210737.7A
Authority: DE
Inventors: Petr Tesar
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2015-12-31
Also published as: EP3152532A1; WO2015185270A1

Abstract

Es wird ein magnetisch passiver Positionssensor (1) mit einen bewegbaren Magneten, einer Vielzahl von in einem Bewegungsbereich des Magneten angeordneten Kontaktfederelementen (4) und einer Widerstandseinrichtung (2) vorgeschlagen. Die Kontaktfederelemente (4) stehen der Widerstandseinrichtung (2) beabstandet gegenüber und sind von dem Magneten hin zu der Widerstandseinrichtung (2) bewegbar. Die Widerstandseinrichtung (2) weist mehrere voneinander separat angeordnete, den Kontaktfederelementen (4) gegenüberliegend angeordnete elektrische Kontaktflächen (3) auf. Jede Kontaktfläche (3) ist beispielsweise U-förmig ausgebildet mit zwei Schenkeln (11, 13) aus elektrisch leitfähigem Material, einem zwischen den Schenkeln (11, 13) angeordneten Spalt (15) ohne elektrisch leitfähiges Material sowie einem die Schenkel (11, 13) verbindenden Basisbereich (17) aus elektrisch leitfähigem Material. Aufgrund der U-förmigen Ausbildung der Kontaktflächen (3) kann eventuell teures elektrisch leitfähiges Material eingespart werden. Außerdem können sich Schmutzpartikel bevorzugt in dem Spalt (15) anlagern, wo sie eine Funktion des Positionssensors kaum beeinflussen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetisch passiven Positionssensor, der insbesondere als Füllstandssensor in einem Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann.
Stand der Technik
Füllstandssensoren werden z.B. dazu eingesetzt, eine Kraftstoffmenge in einem Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeugs zu messen. Dazu kann beispielsweise mit einem Schwimmer, der auf dem Kraftstoff aufschwimmt, ein Mechanismus verbunden sein, mithilfe dessen eine aktuelle Position des Schwimmers in dem Kraftstofftank gemessen werden kann. Aus dieser Position kann dann auf den Füllstand in dem Tank rückgeschlossen werden.
In der EP 0 844 549 A1 wird ein magnetisch passiver Positionssensor beschrieben, mittels dessen beispielsweise die Position des Schwimmer bestimmt werden kann. Auf einem Substrat ist dabei ein Widerstandsnetzwerk aufgebracht. Gegenüber diesem Substrat und beabstandet zu diesem Substrat ist eine Kontaktstruktur angeordnet, die unter Einwirkung einer Magneteinrichtung derart ausgelenkt werden kann, dass zwischen Zungen der Kontaktstruktur und Teilen des Widerstandsnetzwerks ein mechanischer und damit auch ein elektrischer Kontakt etabliert werden kann. Die Magneteinrichtung kann hierbei mit dem Schwimmer gekoppelt sein, sodass der Positionssensor letztendlich ein elektrisches Signal ermitteln kann, welches eine Information über die Position des Schwimmers und damit den Füllstand angibt.
In der DE 10 2004 004 102 B3 wird eine Weiterentwicklung dieses Positionssensors beschrieben. Um eine Empfindlichkeit gegenüber Schmutzpartikeln zu reduzieren, sind dabei einem einzelnen Kontakt einer Widerstandeinrichtung zumindest zwei Zungen von Kontaktfederelementen zugeordnet.
Offenbarung der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können einen als Füllstandssensor verwendbaren magnetisch passiven Positionssensor beschreiben, welcher kostengünstiger herstellbar und/oder unempfindlicher gegenüber Schmutz ist als herkömmliche magnetisch passive Positionssensoren.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein magnetisch passiver Positionssensor vorgeschlagen, der einen bewegbaren Magneten, eine Vielzahl von in einem Bewegungsbereich des Magneten angeordneten Kontaktfederelementen und eine Widerstandseinrichtung aufweist. Die Kontaktfederelemente sind der Widerstandseinrichtung beabstandet gegenüberstehend angeordnet und von dem Magneten hin zu der Widerstandseinrichtung bewegbar ausgebildet. Die Widerstandseinrichtung weist mehrere voneinander separat angeordnete, den Kontaktfederelementen gegenüberliegend angeordnete elektrische Kontaktflächen auf. Optional können zumindest jeweils zwei Zungen der Kontaktfederelemente einer einzelnen Kontaktfläche der Widerstandseinrichtung zugeordnet und hin zu dieser bewegbar ausgebildet sein. Der Positionssensor ist dadurch gekennzeichnet, dass jede Kontaktfläche ausgebildet ist mit zwei Schenkeln aus elektrisch leitfähigem Material, einem zwischen den Schenkeln angeordneten Spalt ohne elektrisch leitfähiges Material sowie einem die Schenkel verbindenden Basisbereich aus elektrisch leitfähigem Material.
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden:
Wie einleitend beschrieben können bei dem in der DE 10 2004 004 102 B3 beschriebenen Positionssensor jeweils zwei Zungen eines Kontaktfederelements einen Kontakt berühren, wenn sie von einem Magneten angezogen und hin zu dem Kontakt gebogen werden. Der Kontakt verfügte dabei an jeder zu detektierenden Position über eine einzige, in der Regel rechteckige, flächig zusammenhängende Kontaktfläche.
Es wurde nun erkannt, dass ein solcher Positionssensor vorteilhaft weitergebildet werden kann, indem die flächig zusammenhängende Kontaktfläche durch eine U-förmige Kontaktfläche ersetzt wird. Bei dieser U-förmigen Kontaktfläche ist nicht mehr wie bisher eine ganze, beispielsweise rechteckige Fläche auf einem Trägersubstrat mit einem elektrisch leitfähigen Material bedeckt, um einen Kontakt zu bilden, mit dem die beiden Zungen in Anlage treten können. Stattdessen weist die U-förmige Kontaktfläche zwei voneinander lateral beabstandete Schenkel aus elektrisch leitfähigem Material auf, die vorzugsweise an einem ihrer Enden miteinander durch einen Basisbereich verbunden sind, der ebenfalls aus elektrisch leitfähigem Material gebildet ist. Die beiden Schenkel sind dabei durch einen dazwischenliegenden Spalt voneinander beabstandet. Vorzugsweise können die beiden länglichen Schenkel parallel zueinander angeordnet sein.
Die U-förmige Ausgestaltung der Kontaktflächen kann unter anderem einerseits dazu führen, dass zur Bildung des Kontaktes insgesamt weniger Oberfläche eines Trägersubstrates mit elektrisch leitfähigem Material beschichtet zu werden braucht. Dies kann insbesondere für den Fall, dass die Kontaktflächen durch Metall, insbesondere durch Edelmetall, gebildet werden, zu einer Kostenersparnis führen.
Kontaktflächen eines Positionssensors können insbesondere vorteilhaft mithilfe einer metallhaltigen Paste, beispielsweise im Siebdruckverfahren, auf ein Trägersubstrat aufgedruckt werden. Die Paste kann dabei z.B. Partikel aus Edelmetall wie Gold, Platin, Silber oder Ähnlichem enthalten. Dementsprechend kann die Paste teuer sein, sodass durch ein mögliches Einsparen von Paste aufgrund der Ausgestaltung der Kontaktflächen als U-förmig mit dazwischenliegendem unbedrucktem Spalt eine signifikante Kostenreduktion möglich ist.
Andererseits kann mithilfe der U-förmigen Ausgestaltung der Kontaktflächen erreicht werden, dass eine Gefahr, dass ein Kontaktschluss zwischen einer Zunge eines Kontaktfederelements und einer Kontaktfläche aufgrund von dazwischenliegenden Schmutzpartikeln verhindert wird, verringert werden kann. Eine U-förmige Kontaktfläche kann im Bereich der Schenkel um einen Höhenunterschied weiter von einem Trägersubstrat hin zu den Kontaktfederlementen abragen als im Bereich des Spaltes. Der Höhenunterschied kann beispielsweise wenigstens 4 µm betragen. Zwischen den Schenkeln kann somit im Bereich des Spaltes eine Vertiefung ausgebildet sein, in der sich etwaige Schmutzpartikel bevorzugt anlagern können, wobei sie dort einen Kontaktschluss zwischen einer Zunge eines Kontaktfederelements und einem Schenkel der Kontaktfläche nicht behindern.
Der Spalt kann beispielsweise breiter als 75 µm sein. Somit kann der Spalt derart dimensioniert sein, dass sich darin Schmutzpartikel gut anlagern können.
Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile des Positionssensors hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
1 zeigt eine perspektivische Teilansicht auf Kontaktflächen und diese kontaktierende Zungen in einem herkömmlichen magnetisch passiven Positionssensor.
2 zeigt eine perspektivische Teilansicht auf Kontaktflächen und diese kontaktierende Zungen in einem magnetisch passiven Positionssensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus 2.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine perspektivische Teilansicht auf Kontaktflächen 3 und Zungen 5, die diese Kontaktflächen 3 kontaktieren, in einem herkömmlichen Positionssensor 1. Die Zungen 5 sind Teil eines Kontaktfederelements 4 (in 1 nur teilweise gezeigt), welches beabstandet zu einem Trägersubstrat 7 angeordnet ist. Die Kontaktflächen 3 sind Teil einer Widerstandseinrichtung 2 (in 1 nur teilweise gezeigt) des Positionssensors 1, welche an dem Trägersubstrat 7 vorgesehen ist. Die Widerstandseinrichtung 2 kann beispielsweise eine Bahn 6 aus Material mit einem signifikanten elektrischen Widerstand aufweisen, so dass sich der Gesamtwiderstand der Bahn 6 entlang der Länge der Bahn 6 sukzessive verändert. Die Bahn 6 ist beispielsweise mittels einer Dickschichttechnik hergestellt, insbesondere aufgedruckt. Die Kontaktflächen 3 sind mit der Bahn 6 der Widerstandseinrichtung 2 elektrisch verbunden. Zwischen den Zungen 5 und den Kontaktflächen 3 soll im Betrieb des Positionssensors 1 ein elektrischer Kontakt positionsabhängig bewirkt werden, um beispielsweise eine Position eines mit einem Schwimmer in einem Fahrzeugtank verbundenen Magneten 8 (siehe 3), der die Zungen 5 anzieht, ermitteln zu können.
Der Positionssensor 1 kann in vielen Merkmalen einem Positionssensor entsprechen, wie er z.B. in EP 0 844 459 A1 oder DE 10 2004 004 102 B3 beschrieben ist.
Die Kontaktflächen 3 sind Bereiche auf einem Trägersubstrat 7, an denen eine Metallschicht aufgebracht ist. Beispielsweise kann Metall durch Aufdrucken einer metallhaltigen Paste aufgebracht werden. Die Kontaktflächen 3 sind länglich und rechteckig. Benachbarte Kontaktflächen 3 sind über Zwischenräume 9 voneinander beabstandet und elektrisch separiert.
Die Kontaktflächen 3 sind in Ihrer Breite B_K so bemessen, dass jeweils zwei darüber beabstandet angeordnete Zungen 5 eines Kontaktfederelements eine zugeordnete Kontaktfläche 3 kontaktieren können. Jede der Zungen 5 weist dabei eine Breite b von beispielsweise zwischen 150 und 180 µm auf, die wesentlich kleiner ist als die Breite B_K von beispielsweise zwischen 300 und 550 µm der zugeordneten Kontaktfläche 3.
Ferner sind die beiden Zungen 5 ausreichend nahe beieinander angeordnet, sodass beide Zungen 5, wenn sie unter Einwirkung eines Magneten hin zu dem Trägersubstrat 7 gebogen werden, in Anlage mit der zugeordneten Kontaktfläche 3 kommen und mit dieser einen elektrischen Kontakt schließen können. Hieraus ergibt sich eine Redundanz bei der Kontaktbildung, da es im Prinzip genügen kann, dass lediglich eine der Zungen 5 den Kontakt schließt, sodass etwaiger Schmutz, der eine einzelne Zunge 5 blockieren kann, einen Kontaktschluss nicht notwendigerweise verhindert.
2 zeigt eine perspektivische Teilansicht auf Kontaktflächen 3 und Zungen 5 eines Positionssensors 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Kontaktflächen 3 sind in dem dargestellten Beispiel U-förmig ausgebildet und weisen zwei parallel zueinander verlaufende Schenkel 11, 13 auf, die zwischen sich einen Spalt 15 einschließen. In Endbereichen sind die beiden Schenkel 11, 13 miteinander über Basisbereiche 17 verbunden. Sowohl die Schenkel 11, 13 als auch die Basisbereiche 17 weisen elektrisch leitfähiges Material auf und können beispielsweise durch Aufdrucken einer edelmetallhaltigen Paste erzeugt werden.
Statt der dargestellten U-Form können die Kontaktflächen 3 auch andere Geometrien aufweisen, beispielsweise eine H-Form, bei denen Schenkel 11, 13 miteinander verbunden sind.
Wie in den 2 und 3 veranschaulicht ragen die Kontaktflächen 3 im Bereich eines Schenkels 11, 13 um einen Höhenunterschied h weiter von dem Trägersubstrat 7 hin zu den Zungen 5 ab als im Bereich des dazwischenliegenden Spaltes 15. Der Höhenunterschied kann typischerweise zwischen 4 und 20µm betragen.
Die Breite B_S eines Schenkels kann in etwa der Breite b einer zugeordneten Zunge 5 entsprechen und somit deutlich kleiner als die Hälfte der Breite B_K der gesamten Kontaktfläche 3 sein und beispielsweise im Bereich von 100 bis 550 µm liegen.
Die Breite B_G des Spaltes 15 kann in etwa einem lateralen Abstand zwischen benachbarten Zungen 5 entsprechen und beispielsweise im Bereich von 75 bis 200 µm liegen.
Etwaige Schmutzpartikel können somit vorteilhaft entweder in einem der Zwischenräume 9 zwischen lateral benachbarten Kontaktflächen 3 oder alternativ in einem der Spalte 15 zwischen den Schenkeln 11, 13 innerhalb einer Kontaktfläche 3 aufgenommen werden. Dort stören sie eine Bewegung einer zugeordneten Zunge 5 nicht und verhindern insbesondere nicht, dass die Zunge 5 angezogen z.B. durch einen Magneten 8 in mechanischen Kontakt mit einem der Schenkel 11, 13 der Kontaktfläche 3 kommt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0844549 A1 [0003]
DE 102004004102 B3 [0004, 0007, 0020]
EP 0844459 A1 [0020]

Claims

Magnetisch passiver Positionssensor (1) aufweisend: einen bewegbaren Magneten; eine Vielzahl von in einem Bewegungsbereich des Magneten angeordneten Kontaktfederelementen (4); eine Widerstandseinrichtung (2); wobei die Kontaktfederelemente (4) der Widerstandseinrichtung (2) beabstandet gegenüberstehen und von dem Magneten hin zu der Widerstandseinrichtung (2) bewegbar sind; wobei die Widerstandseinrichtung (2) mehrere voneinander separat angeordnete, den Kontaktfederelementen (4) gegenüberliegend angeordnete elektrische Kontaktflächen (3) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass jede Kontaktfläche (3) ausgebildet ist mit zwei Schenkeln (11, 13) aus elektrisch leitfähigem Material, einem zwischen den Schenkeln (11, 13) angeordneten Spalt (15) ohne elektrisch leitfähiges Material sowie einem die Schenkel (11, 13) verbindenden Basisbereich (17) aus elektrisch leitfähigem Material.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei eine Kontaktfläche (3) im Bereich der Schenkel (11, 13) um einen Höhenunterschied (h) weiter von einem Trägersubstrat (7) hin zu den Kontaktfederlementen (4) abragt als in einem Bereich des Spaltes (15).
Positionssensor nach Anspruch 2, wobei der Höhenunterschied (h) wenigstens 4 µm beträgt.
Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das elektrisch leitfähige Material der Kontaktflächen (3) Edelmetall enthält.
Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das elektrisch leitfähige Material der Kontaktflächen (3) eine gedruckte metallhaltige Paste ist.
Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Spalt (15) breiter als 75 µm ist.
Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zumindest jeweils zwei Zungen (5) der Kontaktfederelemente (4) einer einzelnen Kontaktfläche (3) der Widerstandseinrichtung (2) zugeordnet sind und hin zu dieser bewegbar ausgebildet sind.
Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die beiden Schenkel (11, 13) parallel zueinander angeordnet sind.