DE102014222180B4 - Circuit arrangement for detecting an unstable mechanical connection - Google Patents
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Abstract
Offenbart wird eine Schaltungsanordnung (SA), umfassend:
– einen Schaltungsträger (TR) mit einem ersten Leiterbahnabschnitt (LA1) und einem zweiten, von dem ersten Leiterbahnabschnitt (LA1) elektrisch getrennten Leiterbahnabschnitt (LA2);
– ein gegenüber dem Schaltungsträger (TR) bewegliches Bewegteil (SR) mit einem elektrisch leitenden Abschnitt (AB), der in einer verriegelnden Position des Bewegteils (SR) mit dem ersten (LA1) und dem zweiten (LA2) Leiterbahnabschnitt elektrisch kontaktiert ist;
– eine Messeinheit (MA), die signaleingangsseitig mit dem ersten (LA1) und dem zweiten (LA2) Leiterbahnabschnitt elektrisch verbunden und eingerichtet ist, einen elektrischen Widerstand zwischen dem ersten (LA1) und dem zweiten (LA2) Leiterbahnabschnitt zu messen;
– eine Vergleichseinheit (VA), die signaleingangsseitig mit der Messeinheit (MA) elektrisch verbunden und eingerichtet ist, einen von der Messeinheit (MA) gemessenen Widerstandswert mit einem Referenzwiderstandswert zu vergleichen und basierend auf dem Vergleichsergebnis zu erkennen, ob sich das Bewegteil (SR) in der verriegelnden Position befindet.Disclosed is a circuit arrangement (SA) comprising:
- A circuit carrier (TR) having a first conductor track portion (LA1) and a second, of the first conductor track portion (LA1) electrically separated conductor track portion (LA2);
- A with respect to the circuit carrier (TR) movable moving part (SR) with an electrically conductive portion (AB) which is electrically contacted in an interlocking position of the moving part (SR) with the first (LA1) and the second (LA2) conductor track portion;
- A measuring unit (MA), the signal input side electrically connected to the first (LA1) and the second (LA2) track section and adapted to measure an electrical resistance between the first (LA1) and the second (LA2) track section;
A comparison unit (VA), which is electrically connected to the measurement unit (MA) and is set up to compare a resistance value measured by the measurement unit (MA) with a reference resistance value and to detect, based on the comparison result, whether the movement component (SR) is in the locking position.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erkennen einer instabilen mechanischen Verbindung eines beweglichen Teils.The present invention relates to a circuit arrangement for detecting an unstable mechanical connection of a movable part.
Technische Vorrichtungen umfassen Komponenten, die von Schrauben, Nieten, Gehäuseteilen oder sonstigen mechanischen Verbindungselementen miteinander fest verbunden sind. Durch mechanische Erschütterungen, thermische Ausdehnungen und sonstige äußere Einwirkungen sowie durch Materialalterungen werden die mechanischen Verbindungen im Laufe der Lebensdauer der Vorrichtungen instabil und die Komponenten lösen sich.Technical devices include components that are fixedly connected to one another by screws, rivets, housing parts or other mechanical fasteners. By mechanical shocks, thermal expansion and other external influences as well as material aging, the mechanical connections become unstable over the life of the devices and the components dissolve.
Insbesondere bei einer Anwendung im Automobilbereich kann ein solches Auseinanderlösen der Komponenten der Fahrzeugvorrichtungen, die zum Teil sicherheitsrelevanten Funktionen ausführen, zu Funktionsstörungen bei den Fahrzeugvorrichtungen und gar zum Ausfall der Fahrzeugvorrichtungen führen, welches in extremen Fällen wiederum zu Unfällen führen kann.In particular, in an application in the automotive sector, such a separation of the components of the vehicle devices, which perform some safety-related functions, can lead to malfunction in the vehicle devices and even the failure of the vehicle devices, which in turn can lead to accidents in extreme cases.
Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, eine instabile mechanische Verbindung der Komponenten einer Vorrichtung sicher zu erkennen.Thus, the object of the present invention is to provide a way to reliably detect an unstable mechanical connection of the components of a device.
Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is solved by subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Schaltungsanordnung bereitgestellt.According to a first aspect of the invention, a circuit arrangement is provided.
Die Schaltungsanordnung umfasst einen Schaltungsträger, der einen ersten Leiterbahnabschnitt und einen zweiten, von dem ersten Leiterbahnabschnitt elektrisch getrennten Leiterbahnabschnitt aufweist. Beide Leiterbahnabschnitte sind vorzugsweise auf der gleichen Seite des Schaltungsträgers oder auf zwei zueinander gegenüberliegenden Seiten des Schaltungsträgers angeordnet.The circuit arrangement comprises a circuit carrier which has a first conductor track section and a second track track section which is electrically separated from the first conductor track section. Both conductor track sections are preferably arranged on the same side of the circuit carrier or on two mutually opposite sides of the circuit carrier.
Die Schaltungsanordnung umfasst ferner ein gegenüber dem Schaltungsträger bewegliches Bewegteil mit einem elektrisch leitenden Abschnitt, der in einer verriegelnden Position mit dem ersten und dem zweiten Leiterbahnabschnitt elektrisch kontaktiert ist.The circuit arrangement further comprises a movable relative to the circuit carrier moving part with an electrically conductive portion which is electrically contacted in an interlocking position with the first and the second conductor track portion.
Die Schaltungsanordnung umfasst ferner eine Messeinheit, die signaleingangsseitig mit dem ersten und dem zweiten Leiterbahnabschnitt elektrisch verbunden ist und eingerichtet ist, einen elektrischen Widerstand zwischen den ersten und dem zweiten Leiterbahnabschnitt zu messen.The circuit arrangement further comprises a measuring unit, the signal input side with the first and the second conductor track section electrically is connected and arranged to measure an electrical resistance between the first and the second conductor track portion.
Die Schaltungsanordnung umfasst außerdem eine Vergleichseinheit, die signaleingangsseitig mit einem Signalausgang der Messeinheit elektrisch verbunden ist und eingerichtet ist, einen von der Messeinheit gemessenen Widerstandswert mit einem vorgegebenen Referenzwiderstandswert zu vergleich und basierend auf dem Vergleichsergebnis zu erkennen, ob sich das Bewegteil in der verriegelnden Position befindet.The circuit arrangement also comprises a comparison unit, which is electrically connected on the signal input side of the measurement unit and is configured to compare a resistance value measured by the measurement unit with a predetermined reference resistance value and to detect, based on the comparison result, whether the movement part is in the locking position ,
Mit einer verriegelnden Position wird eine Position bezeichnet, in der sich das Bewegteil nicht gegenüber dem Schaltungsträger bewegt, und in der das Bewegteil zwei zueinander bewegliche Komponenten miteinander kraft- oder formschlüssig verbindet und miteinander festhält. Dabei kann das Bewegteil ein Verbindungselement sein, das die beiden Komponenten miteinander mechanisch verbindet, wie z. B. eine Schraube, eine Niete. Das Bewegteil kann aber auch eine der beiden zueinander beweglichen Komponenten selbst oder ein Teil davon sein, wie z. B. ein Gehäuse oder ein Gehäuseteil.With a locking position, a position is referred to, in which the moving part does not move relative to the circuit carrier, and in which the moving part two mutually movable components with each other positively or positively connects and holds together. In this case, the moving part may be a connecting element which mechanically connects the two components together, such. B. a screw, a rivet. The moving part can also be one of the two mutually movable components themselves or a part thereof, such. B. a housing or a housing part.
Solange die beiden Komponenten miteinander mechanisch fest verbunden, bleibt das Bewegteil in der verriegelnden Position, in der das Bewegteil die beiden Leiterbahnabschnitte elektrisch verbindet bzw. miteinander elektrisch kurzschließt. Dadurch wird der elektrische Widerstand zwischen den beiden Leiterbahnabschnitten gering. Dieser elektrische Widerstand wird von der Messeinheit gemessen und von der Vergleichseinheit mit einem vorgegebenen Referenzwiderstandswert verglichen. Ist der gemessene Widerstandswert kleiner als der Referenzwiderstandswert, so wird davon ausgegangen, dass sich das Bewegteil in der verriegelnden Position befindet und die beiden Komponenten miteinander fest verbunden sind.As long as the two components mechanically firmly connected to each other, the moving part remains in the locking position in which the moving part electrically connects the two conductor track sections or short-circuits each other electrically. As a result, the electrical resistance between the two conductor track sections is low. This electrical resistance is measured by the measuring unit and compared by the comparison unit with a predetermined reference resistance value. If the measured resistance value is smaller than the reference resistance value, it is assumed that the moving part is in the locking position and the two components are firmly connected to one another.
Lässt die mechanische Verbindung zwischen den beiden Komponenten z. B. durch die mechanische Erschütterungen nach, so lockert sich das Bewegteil auch von der verriegelnden Position und löst sich somit die körperlichen Kontakte von dem Bewegteil zu den beiden Leiterbahnabschnitten. Folglich steigt auch der elektrische Widerstand zwischen den beiden Leiterbahnabschnitten. Überschreitet der gemessen Widerstandswert den Referenzwiderstandswert, so wird davon ausgegangen, dass die mechanische Verbindung zwischen den beiden Komponenten nachlässt.Leaves the mechanical connection between the two components z. B. by the mechanical vibrations, so the moving part also loosens from the locking position and thus solves the physical contacts of the moving part to the two conductor track sections. Consequently, the electrical resistance between the two conductor track sections increases. If the measured resistance value exceeds the reference resistance value, it is assumed that the mechanical connection between the two components decreases.
Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, eine instabile mechanische Verbindung zwischen Komponenten sicher zu erkennen.This provides a way to safely detect an unstable mechanical connection between components.
Vorzugsweise ist der erste Leiterbahnabschnitt im Wesentlichen kreisflächenförmig ausgebildet. Der zweite Leiterbahnabschnitt ist wiederum vorzugsweise im Wesentlichen bogenförmig ausgebildet und umrandet den ersten Leiterbahnabschnitt zumindest teilweise.Preferably, the first conductor track portion is formed substantially circular surface. The second conductor track section is in turn preferably substantially arc-shaped and surrounds the first conductor track section at least partially.
Vorzugsweise ist das Bewegteil derart ausgebildet, dass dies in der verriegelnden Position über den elektrisch leitenden Abschnitt auf den ersten und den zweiten Leiterbahnabschnitt aufdrückt und dabei den ersten und den zweiten Leiterbahnabschnitt über den elektrischen leitenden Abschnitt miteinander elektrisch kurzschließt.Preferably, the moving part is formed such that it presses in the locking position via the electrically conductive portion on the first and the second conductor track section and thereby electrically short-circuits the first and the second conductor track section via the electrically conductive section.
Vorzugsweise sind die Messeinheit und/oder die Vergleichseinheit (unmittelbar) auf dem Schaltungsträger angeordnet. Insbesondere sind die Messeinheit und die Vergleichseinheit auf der gleichen Oberfläche des Schaltungsträgers angeordnet, wo auch die beiden Leiterbahnabschnitte angeordnet sind.Preferably, the measuring unit and / or the comparison unit are (directly) arranged on the circuit carrier. In particular, the measuring unit and the comparison unit are arranged on the same surface of the circuit carrier, where the two conductor track sections are arranged.
Das Bewegteil umfasst vorzugsweise eine Schraube, eine Niete, ein vergleichbares mechanisches Verbindungselement und/oder ein Gehäuseteil. Das Bewegteil kann ferner ein Komponentenabschnitt oder ein Komponentenelement, wie z. B. ein Gehäuseteil, aufweisen, das über ein Verbindungselement, wie eine Schraube, an dem Schaltungsträger mechanisch befestigt wird bzw. mit dem Schaltungsträger körperlich verbunden wird.The moving part preferably comprises a screw, a rivet, a comparable mechanical connecting element and / or a housing part. The moving part may further comprise a component portion or a component element, such. Example, a housing part, which is mechanically fastened via a connecting element, such as a screw, to the circuit carrier or is physically connected to the circuit carrier.
Ist das Bewegteil als eine Schraube oder eine Niete ausgebildet, so umfasst dies vorzugsweise einen Schraubenkopf oder einen Nietkopf, der den zuvor beschriebenen elektrisch leitenden Abschnitt aufweist, wobei dieser Abschnitt in der eingeschraubten bzw. vernieteten und somit in der verriegelnden Position der Schraube bzw. der Niete auf den ersten und den zweiten Leiterbahnabschnitt aufdrückt und somit den ersten und den zweiten Leiterbahnabschnitt miteinander elektrisch kurzschließt.If the moving part is designed as a screw or a rivet, this preferably comprises a screw head or a rivet head, which has the above-described electrically conductive portion, this portion in the screwed or riveted and thus in the locking position of the screw or Rivet on the first and the second trace portion depressed and thus electrically short-circuits the first and the second trace portion with each other.
Vorzugsweise weist das Bewegteil als eine Schraube oder eine Niete ferner einen Schraubenschaft bzw. Nietschaft auf. Der erste Leiterbahnabschnitt weist vorzugsweise (bspw. in der Kreismitte) eine durchgehende Aussparung auf, wobei der Schrauben- bzw. Nietschaft in der verriegelnden bzw. verschraubten oder vernieteten Position der Schraube bzw. der Niete durch die Aussparung hindurchragt.Preferably, the moving part further comprises a screw shaft or rivet shank as a screw or a rivet. The first conductor track section preferably has (eg in the center of the circle) a continuous recess, wherein the screw or rivet shank protrudes through the recess in the locking or riveted position of the screw or rivet.
Alternativ oder zusätzlich zu der Schraube bzw. der Niete umfasst das Bewegteil ein Gehäuseteil eines Gehäuses, in dem die Schaltungsanordnung angeordnet sein kann. Das Gehäuseteil umfasst vorzugsweise einen Vorsprung, der seinerseits den zuvor genannten elektrisch leitenden Abschnitt aufweist. In einer verriegelnden Position des Bewegteils drückt der Vorsprung über den elektrisch leitenden Abschnitt auf den ersten und den zweiten Leiterbahnabschnitt auf und verbindet somit die beiden Leiterbahnabschnitte miteinander elektrisch.Alternatively or in addition to the screw or the rivet, the moving part comprises a housing part of a housing, in which the circuit arrangement can be arranged. The housing part preferably comprises a projection, in turn, the aforementioned electrically conductive portion having. In an interlocking position of the moving member, the projection presses on the first and second conductor track sections via the electrically conductive section and thus electrically connects the two conductor track sections to one another.
Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:In the following, an exemplary embodiment of the invention with reference to the accompanying drawings is explained in more detail. Showing:
Die Schaltungsanordnung SA umfasst einen Schaltungsträger TR, der in dieser Ausführungsform als Keramiksubstrat ausgebildet ist.The circuit arrangement SA comprises a circuit carrier TR, which in this embodiment is designed as a ceramic substrate.
Die Schaltungsanordnung SA umfasst ferner eine Leiterbahnstruktur, die auf einer Oberfläche OF des Schaltungsträgers TR ausgebildet ist und einen ersten Leiterbahnabschnitt LA1 und einen zweiten Leiterbahnabschnitt LA2 umfasst. Dabei ist der erste Leiterbahnabschnitt LA1 im Wesentlichen kreisflächenförmig ausgebildet und weist in der Kreismitte eine ebenfalls kreisflächenförmige durchgehende Aussparung AS auf. Der zweite Leiterbahnabschnitt LA2 ist halbkreisförmig ausgebildet und umrandet den ersten Leiterbahnabschnitt LA1 teilweise. Der erste und der zweite Leiterbahnabschnitt LA1, LA2 sind voneinander elektrisch getrennt.The circuit arrangement SA furthermore comprises a conductor track structure which is formed on a surface OF of the circuit carrier TR and comprises a first conductor track section LA1 and a second track track section LA2. Here, the first conductor track section LA1 is formed substantially circular-shaped and has in the circle center on a likewise circular surface-shaped continuous recess AS. The second conductor track section LA2 is semicircular and partially surrounds the first conductor track section LA1. The first and second conductor track sections LA1, LA2 are electrically isolated from each other.
In der Aussparung AS des ersten Leiterbahnabschnitts LA1 ist eine Schraube SR angeordnet, deren Schraubenschaft SS durch die Aussparung AS hindurchragt. Dabei ist die Schraube SR an zwei in der Figur nicht dargestellten, voneinander bewegbaren Komponenten einer Vorrichtung verschraubt. In der verschraubten und somit verriegelnden Position verbindet die Schraube SR die beiden Komponenten miteinander kraft- bzw. formschlüssig zusammen. In dieser verriegelnden Position drückt die Schraube SR mit deren Schraubenkopf SK auf die beiden Leiterbahnabschnitte LA1, LA2 auf. Die Schraube SR besteht aus einem Metall oder einer Metalllegierung und ist somit elektrisch leitend.In the recess AS of the first conductor track section LA1, a screw SR is arranged, the screw shaft SS protrudes through the recess AS. In this case, the screw SR is screwed to two, not shown in the figure, movable components of a device. In the screwed and therefore locking position, the screw SR connects the two components with each other in a force-locking or form-fitting manner. In this locking position, the screw SR with its screw head SK presses on the two conductor track sections LA1, LA2. The screw SR is made of a metal or a metal alloy and is thus electrically conductive.
Die Schaltungsanordnung SA umfasst ferner eine Messeinheit MA und eine Vergleichseinheit VA, die unmittelbar auf der Oberfläche OF des Schaltungsträgers TR angeordnet sind.The circuit arrangement SA further comprises a measuring unit MA and a comparison unit VA, which are arranged directly on the surface OF of the circuit carrier TR.
Die Messeinheit MA ist in dieser Ausführungsform als ein Widerstandsmesser ausgebildet und umfasst einen ersten und einen zweiten Signaleingang SE1, SE2. Der erste Signaleingang S1 ist über eine Leiterbahn LB1 mit dem ersten Leiterbahnabschnitt LA elektrisch verbunden. Analog ist der zweite Signaleingang SE2 und über eine weitere Leiterbahn LB2 mit dem zweiten Leiterbahnabschnitt LA elektrisch verbunden.The measuring unit MA is designed in this embodiment as an ohmmeter and comprises a first and a second signal input SE1, SE2. The first signal input S1 is electrically connected to the first conductor track section LA via a conductor LB1. Analogously, the second signal input SE2 and via a further interconnect LB2 to the second interconnect portion LA is electrically connected.
Die Messeinheit MA umfasst ferner einen Signalausgang SA, über den die Messeinheit MA mit einem Signaleingang SE3 der Vergleichseinheit VA signaltechnisch verbunden ist.The measuring unit MA further comprises a signal output SA, via which the measuring unit MA is signal-technically connected to a signal input SE3 of the comparison unit VA.
Die Vergleichseinheit VA umfasst einen Komparator zum Vergleichen von zwei analogen Widerstandswerten, sowie einen Datenspeicher zum Speichern eines vorgegenebenen Referenzwiderstandswertes.The comparison unit VA comprises a comparator for comparing two analog resistance values, as well as a data memory for storing a preceding reference resistance value.
In
In der verriegelnden Position drückt die Schraube SR mit dem Schraubenkopf SK auf die beiden Leiterbahnabschnitte LA1, LA2 auf, wobei der elektrisch leitende Schraubenkopf SK als ein elektrisch leitender Abschnitt AB die beiden Leiterbahnabschnitte LA1, LA2 miteinander elektrisch kurzschließt, so wie in
Die Messeinheit MA misst in dieser verriegelnden Position der Schraube SR zwischen den beiden Leiterbahnabschnitten LA1, LA2 einen elektrischen Widerstand, der einen Widerstandswert nahe Null aufweist.The measuring unit MA measures in this locking position of the screw SR between the two conductor track sections LA1, LA2 an electrical resistance having a resistance value close to zero.
Löst sich die Schraube SR durch bspw. Erschütterungen von der verriegelnden Position, so drückt diese bzw. deren Schraubenkopf SK nicht bzw. nicht mehr fest auf die beiden Leiterbahnabschnitte LA1, LA2 auf, so wie in
Die Messeinheit MA misst diesen gestiegenen elektrischen Widerstand und leitet den gemessenen Widerstandswert an die Vergleichseinheit VA weiter.The measuring unit MA measures this increased electrical resistance and forwards the measured resistance value to the comparison unit VA.
Die Vergleichseinheit VA vergleicht mittels des Komparators den gemessenen Widerstandswert mit dem vorgegebenen, von dem Datenspeicher bereitgestellten Referenzwiderstandswert und gibt ein entsprechendes Warnsignal aus, sobald der gemessene Widerstandswert den Referenzwiderstandswert übersteigt.The comparison unit VA compares the measured resistance value with the predetermined reference resistance value provided by the data memory by means of the comparator and outputs a corresponding warning signal as soon as the measured resistance value exceeds the reference resistance value.
Das Warnsignal wird von einer geeigneten Vorrichtung empfangen, woraufhin diese dann entsprechende dem Fachmann bekannte Maßnahmen einleitet.The warning signal is received by a suitable device, whereupon it then initiates corresponding measures known to the person skilled in the art.
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