DE102014216069A1 - Sensor arrangement for a throttle valve - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Sensoranordnung (10) für ein Drosselklappenventil vorgeschlagen, welche einen ASIC (16) mit einem Magnetsensor (18), einen Sensorschacht (14) und ein Stanzgitter (20) aufweist. Das Stanzgitter (20) weist eine Steckerzunge (24) zur elektrischen Kontaktierung des Stanzgitters (20) und eine Kontaktstruktur (22) auf, auf welcher der ASIC (16) angeordnet ist. Der Magnetsensor (18) ist dazu ausgeführt, eine Lage eines Magnetelements (34) zu erfassen und daraus ein eine Winkellage des Drosselklappenventils bestimmendes Signal zu erzeugen. Die Sensoranordnung (10) zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Magnetsensor (18) direkt auf dem Stanzgitter (20) angeordnet und elektrisch leitfähig mit diesem verbunden ist, und dass das Stanzgitter (20) eine Umspritzung (28) aufweist, welche die Steckerzunge (24) vollständig umschließt und derart kooperierend mit einem Aufnahmebereich (26) des Sensorschachts (14) ausgebildet ist, dass ein Außenumfang der Umspritzung (28) an einem Innenumfang des Aufnahmebereichs (26) anliegt. So kann in vorteilhafter Weise auf eine Platine und einen Leadframe für den ASIC (16) sowie auf ein weiteres Dichtelement verzichtet werden.A sensor arrangement (10) for a throttle valve valve is proposed which has an ASIC (16) with a magnetic sensor (18), a sensor shaft (14) and a punched grid (20). The punched grid (20) has a plug tongue (24) for electrically contacting the stamped grid (20) and a contact structure (22) on which the ASIC (16) is arranged. The magnetic sensor (18) is designed to detect a position of a magnetic element (34) and to generate therefrom a signal determining an angular position of the throttle valve. The sensor arrangement (10) is distinguished, in particular, by the fact that the magnetic sensor (18) is arranged directly on the stamped grid (20) and electrically conductively connected thereto, and that the stamped grid (20) has an encapsulation (28) which surrounds the plug tongue (24) completely encloses and is formed cooperating with a receiving region (26) of the sensor shaft (14) such that an outer circumference of the encapsulation (28) bears against an inner circumference of the receiving region (26). Thus, advantageously, a circuit board and a leadframe for the ASIC (16) as well as a further sealing element can be dispensed with.
Description
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die Erfindung betrifft eine Winkelsensorik zur Bestimmung einer Winkellage eines drehbar gelagerten Bauteils. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Sensoranordnung zur Bestimmung einer Winkellage eines Drosselklappenventils einer Brennkraftmaschine. The invention relates to an angle sensor for determining an angular position of a rotatably mounted component. In particular, the invention relates to a sensor arrangement for determining an angular position of a throttle valve of an internal combustion engine.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
In einem Kraftfahrzeug mit Brennkraftmaschine, wie etwa einem Pkw, einem Lkw, einem Bus, einem Motorrad, einem Zug oder einem Schiff, kann eine Abgabeleistung der Brennkraftmaschine über eine zugeführte Luft- und/oder Treibstoffmenge reguliert werden. Dazu wird in der Regel ein um einen gewissen Winkelbereich drehbar gelagertes Drosselklappenventil in einem Saugrohr der Brennkraftmaschine eingesetzt. In Abhängigkeit einer Winkellage des Drosselklappenventils kann so eine Luftzufuhr in eine Brennkammer und damit die Abgabeleistung der Brennkraftmaschine reguliert werden. In a motor vehicle having an internal combustion engine such as a car, a truck, a bus, a motorcycle, a train or a ship, an output of the internal combustion engine may be regulated by an amount of supplied air and / or fuel. For this purpose, a throttle valve rotatably mounted by a certain angular range is usually used in a suction pipe of the internal combustion engine. Depending on an angular position of the throttle valve so an air supply into a combustion chamber and thus the output of the internal combustion engine can be regulated.
In modernen Kraftfahrzeugen wird die Winkellage des Drosselklappenventils zunehmend elektrisch und/oder elektronisch über eine Steuereinheit gesteuert und/oder geregelt. Um die Winkellage möglichst präzise regeln zu können, wird diese meist mithilfe einer Sensoranordnung bestimmt. In modern motor vehicles, the angular position of the throttle valve is increasingly controlled electrically and / or electronically via a control unit and / or regulated. In order to regulate the angular position as precisely as possible, this is usually determined by means of a sensor arrangement.
Insbesondere aufgrund von auftretenden Vibrationen, Verunreinigungen und/oder einem meist begrenzt zur Verfügung stehenden Bauraum in einem Motorraum können an eine derartige Sensoranordnung hohe Anforderungen bezüglich einer Dichtheit, Robustheit und einer Bauteilgröße gestellt sein. Häufig werden Komponenten der Sensoranordnung daher in Form einer anwendungsspezifischen integrieren Schaltung bzw. einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis, d.h. einem sogenannten ASIC, realisiert. Meist wird der ASIC auf eine Platine gelötet, welche mit einem aus einem Metallband ausgestanzten Stanzgitter zu einem Steckverbinder verbunden sein kann, beispielsweise zur Kontaktierung mit einem Steuergerät und/oder zur Stromversorgung des ASIC. Zum Schutz vor Verunreinigung und aggressiven Medien in dem Motorraum ist das Stanzgitter mit Platine und ASIC häufig in einem dichten Gehäuse aufgenommen, wobei ein Gehäusedeckel mit einer Dichtung montiert sein kann. Auch können Komponenten des ASIC in einem separaten Gehäuse aufgenommen und auf dem Stanzgitter montiert sein. Particularly due to occurring vibrations, impurities and / or a usually limited available space in an engine compartment can be made of such a sensor arrangement high demands in terms of tightness, robustness and a component size. Often, components of the sensor array are therefore in the form of an application-specific integrated circuit, or an application-specific integrated circuit, i. a so-called ASIC realized. Most of the ASIC is soldered to a circuit board, which can be connected to a stamped from a metal band stamped grid to a connector, for example, for contacting with a controller and / or power to the ASIC. To protect against contamination and aggressive media in the engine compartment, the stamped grid with board and ASIC is often included in a sealed housing, with a housing cover can be mounted with a seal. Also components of the ASIC can be accommodated in a separate housing and mounted on the stamped grid.
Eine Vorrichtung mit einem aus einem Metallband gestanzten Stanzgitter und einem auf dem Stanzgitter angeordneten ASIC ist beispielsweise aus der
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, eine robuste und kostengünstige Sensoranordnung für ein Drosselklappenventil bereitzustellen. Die erfindungsgemäße Sensoranordnung ist jedoch nicht auf einen Einsatz an einem Drosselklappenventil beschränkt, sondern kann in vorteilhafter Weise vielseitig zur Bestimmung einer Winkellage eines drehbar gelagerten Bauteils eingesetzt werden. Embodiments of the present invention may advantageously enable to provide a robust and inexpensive sensor arrangement for a throttle valve. However, the sensor arrangement according to the invention is not limited to use on a throttle valve, but can be used in an advantageous manner versatile for determining an angular position of a rotatably mounted component.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Sensoranordnung für ein Drosselklappenventil angegeben, welche einen ASIC mit einem Magnetsensor, einen Sensorschacht zur Aufnahme des ASIC und ein elektrisch leitfähiges Stanzgitter aufweist. Das Stanzgitter weist dabei eine Steckerzunge zur elektrischen Kontaktierung des Stanzgitters und eine Kontaktstruktur auf, auf welcher der ASIC angeordnet ist. Der Magnetsensor ist dazu ausgeführt, eine Lage, etwa eine Winkellage, eines Magnetelements zu erfassen und daraus ein eine Winkellage des Drosselklappenventils bestimmendes Signal zu erzeugen. Die erfindungsgemäße Sensoranordnung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Magnetsensor des ASIC direkt auf dem Stanzgitter angeordnet und elektrisch leitfähig mit diesem verbunden ist, und dass das Stanzgitter eine Umspritzung aufweist, welche die Steckerzunge in einem Teilbereich vollständig umschließt, wobei die Umspritzung derart kooperierend mit einem Aufnahmebereich des Sensorschachts ausgebildet ist, dass ein Außenumfang der Umspritzung an einem Innenumfang des Aufnahmebereichs anliegt. According to one aspect of the invention, a sensor arrangement for a throttle valve is provided which has an ASIC with a magnetic sensor, a sensor shaft for receiving the ASIC and an electrically conductive stamped grid. The stamped grid has a connector tongue for electrical contacting of the stamped grid and a contact structure on which the ASIC is arranged. The magnetic sensor is designed to detect a position, such as an angular position, of a magnetic element and to generate therefrom a signal determining an angular position of the throttle valve. The sensor arrangement according to the invention is characterized in particular by the fact that the magnetic sensor of the ASIC is arranged directly on the stamped grid and electrically conductively connected thereto, and that the stamped grid has an encapsulation, which completely surrounds the connector tongue in a partial area, wherein the encapsulation so cooperates with a receiving region of the sensor shaft is formed such that an outer circumference of the encapsulation abuts against an inner circumference of the receiving region.
Mit anderen Worten können Komponenten des ASIC, wie etwa der Magnetsensor, Kondensatoren und weitere Bauteile, in einem sogenannten „Bare Die Verfahren“ direkt auf der Kontaktstruktur des Stanzgitters verbaut und elektrisch kontaktiert sein. Beispielsweise können die Komponenten auf das Stanzgitter geschweißt und/oder gelötet sein. Das Stanzgitter selbst kann so in vorteilhafter Weise Leitungsbahnen bzw. einen Leadframe zur Kontaktierung der Komponenten des ASIC bereitstellen. So können auch Varianzen in der Sensoranordnung als Elektronikbauteil gering gehalten werden. Ferner können beispielsweise Entstörkondensatoren verhältnismäßig nahe am Magnetsensor bzw. einem Die bzw. einem Chip montiert werden, was eine gute Entstörung ermöglichen und sich vorteilhaft auf eine Baugröße der Sensoranordnung sowie auf Produktionskosten auswirken kann. In other words, components of the ASIC, such as the magnetic sensor, capacitors and other components, in a so-called "bare die method" can be installed directly on the contact structure of the stamped grid and electrically contacted. For example, the components may be welded and / or soldered to the stamped grid. The stamped grid itself can thus advantageously provide pathways or a leadframe for contacting the components of the ASIC. Thus, variances in the sensor arrangement as an electronic component can be kept low. Furthermore, for example suppression capacitors can be mounted relatively close to the magnetic sensor or a Die or a chip, which allow a good interference suppression and can advantageously affect a size of the sensor assembly and production costs.
Weiter kann durch die erfindungsgemäße Umspritzung des Stanzgitters sowie die formschlüssige Aufnahme derselben in dem Aufnahmebereich des Sensorschachts, welche als Öffnung des Sensorschachts erachtet werden kann, sichergestellt sein, dass der ASIC mit allen Elektronikkomponenten in einem geschlossenen Raum aufgenommen ist. Dies kann einen umfassenden Schutz des ASIC vor möglichen aggressiven Medien und Verunreinigungen in einem Motorraum ermöglichen. Die Komponenten des ASIC bzw. der ASIC selbst können ferner ohne zusätzliche Gehäuse für einzelne Komponenten, wie etwa den Magnetsensor und/oder Chips des ASIC, montiert werden. Der ASIC kann jedoch auch in einem herkömmlichen Gehäuse auf dem Stanzgitter montiert sein. Auch kann durch die erfindungsgemäße Umspritzung eine zusätzliche Dichtung entfallen, da der ASIC und die Steckerzunge zum einen durch Umspritzung in Verbindung mit dem Aufnahmebereich und zum anderen durch ein auf die Steckerzunge in den Aufnahmebereich gestecktes Steckverbindergegenelement abgedichtet sein kann. Insgesamt kann sich dies vorteilhaft auf Herstellungskosten, eine Robustheit und eine Baugröße auswirken. Furthermore, by the encapsulation of the stamped grid according to the invention and the positively receiving them in the receiving area of the sensor shaft, which can be regarded as an opening of the sensor shaft, be sure that the ASIC is accommodated with all electronic components in a closed space. This can provide comprehensive protection of the ASIC from potentially aggressive media and contaminants in an engine compartment. The components of the ASIC or the ASIC itself can also be mounted without additional housings for individual components, such as the magnetic sensor and / or chips of the ASIC. However, the ASIC can also be mounted in a conventional housing on the stamped grid. Also can be omitted by the encapsulation according to the invention, an additional seal, since the ASIC and the connector tongue can be sealed on the one hand by encapsulation in conjunction with the receiving area and on the other by a plugged into the connector tongue in the receiving area connector counter-element. Overall, this can have an advantageous effect on manufacturing costs, robustness and size.
Auch in fertigungstechnischer Hinsicht kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Stanzgitters mit ASIC und Umspritzung vorteilhaft sein. So kann beispielsweise in einem ersten Fertigungsschritt das Stanzgitter aus einem Metallband gestanzt werden, wobei die Kontaktstruktur zur besseren Handhabung durch Verbindungsstege kurzgeschlossen sein kann. In einem zweiten Schritt kann das Stanzgitter beispielsweise bis auf einen Teilbereich der Steckerzunge einseitig vollflächig umspritzt werden, so dass ein stabiles und leicht handhabbares Bauteil entsteht und etwa auf eine Haltevorrichtung für das Stanzgitter verzichtet werden kann. In einem weiteren Schritt kann die Kontaktstruktur freigestanzt werden, welche anschließend mit den Komponenten des ASIC bestückt werden kann. Also in production terms, the inventive design of the stamped grid with ASIC and encapsulation may be advantageous. Thus, for example, in a first manufacturing step, the stamped grid can be stamped from a metal strip, wherein the contact structure can be short-circuited for better handling by connecting webs. In a second step, the stamped grid can for example be over-molded over the entire area except for a portion of the connector tongue, so that a stable and easy-to-handle component is formed and can be dispensed as a holding device for the stamped grid. In a further step, the contact structure can be punched free, which can then be equipped with the components of the ASIC.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Umspritzung mit einer Außenkontur komplementär zu einer Innenkontur des Aufnahmebereichs ausgebildet. Dadurch kann die Umspritzung in vorteilhafter Weise zumindest teilweise formschlüssig in dem Aufnahmebereich aufgenommen sein und der ASIC kann gegenüber einer Umgebung der Sensoranordnung zuverlässig abgedichtet sein. According to one embodiment of the invention, the encapsulation is formed with an outer contour complementary to an inner contour of the receiving area. As a result, the encapsulation may advantageously be accommodated at least partially positively in the receiving area, and the ASIC may be reliably sealed against an environment of the sensor arrangement.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Umspritzung einen Dichtbereich und einen Abschlussbereich auf, wobei der Dichtbereich bezüglich eines Außenumfangs kleiner als der Abschlussbereich ausgestaltet ist. Der Abschlussbereich kann so eine Art Steckerboden bilden, welcher den ASIC zusätzlich schützen kann und aus welchem die Steckerzunge nach außen ragen kann. According to one embodiment of the invention, the encapsulation has a sealing area and a closing area, wherein the sealing area is designed smaller than the closing area with respect to an outer circumference. The termination area can thus form a kind of plug base, which can additionally protect the ASIC and from which the connector tongue can protrude outward.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist in dem Dichtbereich wenigstens eine umlaufende und integral mit der Umspritzung ausgebildete Dichtlippe angeordnet, welche in eine Ausnehmung des Aufnahmebereichs eingreift. According to one embodiment of the invention, at least one circumferential sealing lip which is integrally formed with the encapsulation and which engages in a recess of the receiving region is arranged in the sealing region.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bildet die Umspritzung zumindest in einem Teilbereich eine Trägereinheit, wobei auf einer Seite der Trägereinheit die Kontaktstruktur des Stanzgitters mit dem ASIC angeordnet ist. Die Umspritzung kann so in vorteilhafter Weise eine Platine für das Stanzgitter ersetzen. Dies kann sich vorteilhaft auf Herstellungskosten sowie eine Baugröße der Sensoranordnung auswirken. According to one embodiment of the invention, the encapsulation forms a carrier unit at least in a partial area, the contact structure of the stamped grid with the ASIC being arranged on one side of the carrier unit. The encapsulation can thus advantageously replace a board for the stamped grid. This can have an advantageous effect on production costs and a size of the sensor arrangement.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Umspritzung aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt, so dass ungewollte Kurzschlüsse in der Sensoranordnung vermieden werden können. According to one embodiment of the invention, the encapsulation is made of an electrically insulating material, so that unwanted short circuits in the sensor arrangement can be avoided.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Magnetsensor wenigstens einen Hall-Sensor auf. Der Hall-Sensor kann beispielsweise dazu ausgeführt sein, ein in Abhängigkeit einer Lage bzw. Winkellage des Magnetelements hervorgerufenes Magnetfeld, eine magnetische Feldstärke, einen magnetischen Fluss, eine magnetische Flussdichte und/oder eine Änderung in einer der magnetischen Größen zu erfassen und daraus das die Winkellage des Drosselklappenventils bestimmende Signal zu generieren. Auch kann die Sensoranordnung mehrere Hall-Sensoren und/oder andere geeignete Magnetsensoren aufweisen. According to one embodiment of the invention, the magnetic sensor has at least one Hall sensor. The Hall sensor may for example be designed to detect a dependent on a position or angular position of the magnetic element caused magnetic field, a magnetic field strength, a magnetic flux, a magnetic flux density and / or a change in one of the magnetic quantities and from this the Angular position of the throttle valve determining signal to generate. The sensor arrangement may also have a plurality of Hall sensors and / or other suitable magnetic sensors.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Magnetsensor des ASIC mittels Bondverbindungen mit der Kontaktstruktur des Stanzgitters elektrisch verbunden. According to one embodiment of the invention, the magnetic sensor of the ASIC is electrically connected by means of bonding to the contact structure of the stamped grid.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Magnetsensor mit Kontaktbahnen der Kontaktstruktur elektrisch verbunden. According to one embodiment of the invention, the magnetic sensor is electrically connected to contact paths of the contact structure.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Bondverbindungen mit der Kontaktstruktur verschweißt und/oder verlötet. Die Bondverbindungen können dabei Leiterbahnen, beispielsweise aus Kupfer oder einer geeigneten leitfähigen Legierung aufweisen, welche elektrische Kontakte bzw. Terminals des Magnetsensors mit entsprechenden Kontaktbahnen der Kontaktstruktur elektrisch verbinden können. According to one embodiment of the invention, the bonding connections are welded to the contact structure and / or soldered. In this case, the bond connections can have conductor tracks, for example made of copper or a suitable conductive alloy, which can electrically connect electrical contacts or terminals of the magnetic sensor to corresponding contact paths of the contact structure.
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen. It should be understood that some of the possible features and advantages of the invention are described herein with reference to different embodiments. A person skilled in the art will recognize that the features can be suitably combined, adapted or replaced in order to arrive at further embodiments of the invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
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. Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which neither the drawings nor the description are to be construed as limiting the invention.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale. The figures are only schematic and not to scale. Like reference numerals designate the same or equivalent features in the figures.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Die Sensoranordnung
Der ASIC
Weiter weist das Stanzgitter
Die Steckerzunge
Das Stanzgitter
Weiter weist die Umspritzung
Die Umspritzung
Weiter weist die Sensoranordnung
Die Lagervorrichtung
In den
Auch ist in den
Bei der in
Insgesamt ist der Dichtbereich
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen. In addition, it should be noted that terms such as "broad" do not exclude other elements or steps, and terms such as "a" or "an" do not exclude a multitude. It should also be appreciated that features described with reference to any of the above embodiments may also be used in combination with other features of other embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |