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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Sensor zur Erfassung einer physikalischen Größe.
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Elektrische Sensoren werden zur Detektion physikalischer Größen, beispielsweise Geschwindigkeit, Abstand oder Temperatur, verwendet. Dabei erfolgen die Messungen häufig kontaktlos, das heißt, ohne dass es zu einem physischen Kontakt zwischen dem Sensor und dem Messobjekt kommt. Kontaktlose Messungen verringern die Abnutzung der Sensoren und vereinfachen Messungen von sich bewegenden oder schwer zugänglichen Objekten. Für kontaktlose Messungen werden meist elektromagnetische Felder oder Strahlung genutzt, die entweder vom Sensor selbst oder vom zu vermessenden Objekt erzeugt werden. Ein Beispiel für kontaktlose elektrische Sensoren sind Geschwindigkeitssensoren, die auf dem Hall-Effekt basieren. In diesen Sensoren wird die Bewegung eines Objektes durch ein vom Sensor erzeugtes Magnetfeld detektiert.
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Sämtliche Bauteile eines Hallsensors sind zumeist in ein Gehäuse integriert, wobei typischerweise das Hallelement an der Stirnfläche des Sensors angeordnet ist. Hinter dem Hallelement sitzt typischerweise die Leiterplatte, mit den elektronischen Komponenten. Auf der Rückseite des Sensors, also der der Hallelement gegenüberliegenden Seite, sind Anschlusskontakte vorgesehen, die eine Schnittstelle bilden, um den Sensor anzusteuern und dessen Signale auszuwerten.
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Bei der Montage der Leiterplatte muss diese genau in dem Sensorgehäuse positioniert werden. Bei bekannten Anordnungen sind im Gehäuse und/oder an der Leiterplatte Führungen angeordnet um die Leiterplatte auszurichten. Dadurch sind die Bauteile relativ teuer, da spezielle Spritzgussformen hergestellt werden müssen.
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Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, einen elektrischen Sensor zur Erfassung einer physikalischen Größe anzugeben, der eine einfache Ausrichtung der Leiterplatte im Sensorgehäuse ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen nach dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Figuren, der Beschreibung und der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen elektrischen Sensor zur Erfassung einer physikalischen Größe, umfassend: wenigstens ein Gehäuse; eine in dem Gehäuse angeordnete Leiterplatte mit einem Sensorelement und eine elektrische Leitungsanordnung, welche an die Leiterplatte elektrisch angeschlossen ist, wobei die Leiterplatte mit einer Befestigungshülse zur Positionierung der Leiterplatte im Gehäuse mechanisch fixiert ist. Über die Leitungsanordnung können die Sensorsignale für eine Weiterverarbeitung bereitgestellt werden.
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Das Sensorelement auf der Leiterplatte kann ein elektrisches Sensorelement für kontaktlose Messungen sein, beispielsweise ein Geschwindigkeitssensorelement, ein Abstandssensorelement oder ein Temperatursensorelement. Das Sensorelement kann für die Messungen elektromagnetische Felder oder Strahlung erzeugen und/oder detektieren. Zusätzlich zum Sensorelement kann die Leiterplatte die Elektronik zum Ansteuern und Auslesen des Sensorelements, sowie zu dessen Energieversorgung enthalten.
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Der an der Leiterplatte angeschlossene Leiter kann ein einzelnes Kabel oder ein Kabelverbund sein. Die Befestigung und elektrische Kontaktierung des Leiters an der Leiterplatte kann über Lötverbindungen erfolgen. Zu diesem Zweck kann die Leiterplatte ein oder mehrere Lötpads enthalten an denen die Leitung angelötet ist.
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Das Gehäuse kann aus einem elektrisch leitenden oder elektrisch isolierenden Material bestehen. Insbesondere kann es aus einem Flanschrohr mit einem Flansch zur Befestigung des Sensors bestehen. Das Gehäuse kann eine Gehäusebeschriftung zur Identifizierung des Sensors aufweisen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des elektrischen Sensors zur Erfassung einer physikalischen Größe weist die Befestigungshülse zwei Steckanschlüsse auf, die aus axialen Bohrungen im Mantel der Befestigungshülse bestehen. Die Leiterplatte weist in dieser besonders bevorzugten Variante zwei Verbindungsstecker zur mechanischen Fixierung an die zwei Steckanschlüsse der Befestigungshülse auf, wobei die zwei Verbindungsstecker aus einem elektrisch isolierten Material ausgeführt sind. Dadurch wird die Leiterplatte exakt gehalten und kann in dem Sensorgehäuse genau positioniert werden.
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Es kann aber auch nur ein Steckanschluss als eine axiale Bohrung im Mantel der Befestigungshülse vorgesehen sein. In dieser Ausführung ist die Leiterplatte mit einem Verbindungstecker ausgeführt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Eindringen der zwei Verbindungsstecker in die Steckanschlüsse der Befestigungshülse mechanisch begrenzt. Dies kann durch einen ein- oder mehrteiligen Aufbau der Verbindungsstecker erfolgen. In einer vorteilhaften Ausführungsform des elektrischen Sensors bestehen die Verbindungsstecker aus einer Spitze, welche komplementär zum Durchmesser der Steckanschlüsse ist, und einer Basis mit einem im Vergleich zur Spitze erhöhten Durchmesser, welcher das Eindringen der Verbindungsstecker in die Steckanschlüsse begrenzt. Aufgrund dieses Anschlags ist der Abstand des Sensorelements zum Gehäuse genau einstellbar.
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Weiterhin ist es vorteilhaft wenn mehr als zwei Bohrungen in der Befestigungshülse vorhanden sind, da durch die Bohrungen, welche nicht von den Verbindungssteckern der Leiterplatte belegt sind, ein Gießharz geleitete werden kann, um den Sensor vollständig mit einer Vergussmasse auszufüllen, um diesen gegenüber Umwelteinflüssen abzudichten. Eine Mehrzahl von Durchbrüchen (Bohrungen) sind am Umfang der Abschirmhülle angeordnet. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein vollständiges Ausgießen des Gehäuses mit einer elektrisch isolierenden viskosen Substanz ermöglicht wird.
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Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass der Sensor zur Erfassung einer physikalischen Größe eine elektrisch leitfähige Leitungsabschirmung aufweist, welche die elektrische Leitungsanordnung zumindest teilweise umschließt.
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Die Leitungsabschirmung kann ein Kabelschirm sein, welcher aus einem Schirmgeflecht besteht. Die Leitungsabschirmung kann zudem teilweise von einem Mantel aus einem nichtleitenden Material ummantelt sein. Das Gehäuse des elektrischen Sensors kann auf diesem Mantel mit einer Rollenhülse befestigt sein.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weisst die Befestigungshülse eine mittige Bohrung auf, durch die die elektrische Leitungsanordnung mit der Leitungsabschirmung durchführbar sind. Die Befestigungshülse ist an der der Leiterplatte zugewandten Seite mit einer Verlängerung mit geringem Durchmesser ausgeführt, über die die Leitungsabschirmung zurückgestülpt werden kann. Der zurückgestülpte Abschnitt der Leitungsabschirmung kann auf dem Teil der Befestigungshülse fixiert werden. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Befestigungshülse auf der Leitungsabschirmung befestigt und eine Verschiebung der Befestigungshülse entlang der Leitungsabschirmung vermieden werden kann.
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Der zurückgestülpte Abschnitt der Leitungsabschirmung kann bevorzugt mittels eines Crimprings auf dem Teil der Befestigungshülse fixiert sein. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Anbringung der Befestigungshülse auf der Leitungsabschirmung stabil und zugfest erfolgen kann. Der Abstand der Verbindungstecker und die Anordnung der Steckanschlüsse können so gewählt werden, dass die Basis der Verbindungsstecker reibschlüssig auf dem Crimpring aufliegt, welcher auf der zurückgestülpten Leitungsabschirmung angebracht ist.
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In einer weiteren Ausführung umfasst der elektrische Sensor eine elektrisch leitende Abschirmhülle, welche die Leiterplatte und das Sensorelement zumindest teilweise umhüllt. Die Abschirmhülle ist in diese Ausführung mit der Leitungsabschirmung elektrisch verbunden und gegenüber dem Gehäuse und der Leiterplatte elektrisch isoliert. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Leiterplatte mit dem Sensorelement effizient durch die Abschirmhülle vor elektromagnetischen und kapazitiven Störungen geschützt ist.
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Die Abschirmhülle kann elektrisch leitend mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere einer elektrisch leitenden Klebeverbindung, an der Befestigungshülse befestigt werden, wobei über die Befestigungshülse eine elektrische Verbindung zwischen der Abschirmhülle und der Leitungsabschirmung besteht. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine effiziente und elektrisch leitende Befestigung der Abschirmhülle auf der Befestigungshülse geschaffen wird.
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Bei der elektrisch leitenden Klebeverbindung kann es sich um eine doppelseitige Klebefolie handeln, deren eine Seite an der Befestigungshülse und deren andere Seite an der Abschirmhülle angeklebt ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des elektrischen Sensors zur Erfassung einer physikalischen Größe weist die Leiterplatte mindestens eine Führung für die Leitungen der Leitungsanordnung auf. Diese Führung kann aus mindestens einer länglichen Vertiefung in oder auf der Leiterplatte bestehen. Dadurch wird ein Anlöten der Leitungsanordnung an Lötpads auf der Leiterplatte wesentlich vereinfacht. Die Führung kann das Anlöten der Leitungsanordnung an der Leiterplatte während des Herstellungsprozesses vereinfachen und die Stabilität der Verbindung zwischen Leitungsanordnung und Leiterplatte erhöhen.
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Der erfindungsgemäße Sensor hat dadurch den Vorteil, dass er auch unter rauen Bedingungen, wie z. B. als Winkelgeber bei der Bahn, eingesetzt werden kann, wobei er trotzdem kostengünstig herstellbar ist. Dies wird insbesondere durch einen modularen Aufbau des Sensors erreicht, welcher aus einer Befestigungshülse, einem Sensorgehäuse, der Leiterplatte mit Sensorelektronik und einem separaten Verguss aufgebaut ist. Aufgrund des modularen Aufbaus kann die Leiterplatte mit Sensorelektronik immer gleich aufgebaut werden, und das Sensorgehäuse sowie die Befestigungshülse kann jeweils an die kundenspezifischen Anforderungen angepasst sein.
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Die Befestigungshülse kann aus einem Metall oder einer metallischen Verbindung, beispielsweise Messing, oder aus einem nichtleitenden Material, beispielsweise Kunststoff, bestehen. Der Innendurchmesser der Befestigungshülse kann so gewählt werden, dass die Befestigungshülse reibschlüssig auf der Leitung aufliegt. Der äußere Umfang der Befestigungshülse kann rund oder mehreckig sein.
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Das Sensorelement umfasst einen Magneten, der an der den Verbindungssteckern gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte angeordnet ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der Sensor Messungen durchführen kann für die ein magnetisches Feld benötigt wird.
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Es kann sich bei dem Magneten um einen Permanentmagneten handeln. Gemäß einer Ausführungsform enthält die Leiterplatte an der den Verbindungssteckern gegenüberliegenden Seite eine Befestigungsmöglichkeit für einen Magneten, wobei der Magnet mit einem Pol in Richtung der von den Verbindungssteckern und der Befestigungshülse abgewandten Seite ausgerichtet ist. Durch diese Ausrichtung kann erreicht werden, dass die magnetischen Feldlinien des Magneten aus der Stirnseite des elektrischen Sensors herauszeigen und somit der elektrische Sensor auf ein zu vermessendes Objekt ausgerichtet werden kann.
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Die Leiterplatte kann aus einem Substrat mit einer Flexprint-Beschichtung bestehen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die eine effiziente Leitungsanordnung auf der Leitungsplatte realisiert werden kann.
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Die Flexprint-Beschichtung kann an einer oder beiden Seiten des Substrates angebracht sein. Das Substrat kann aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff bestehen.
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Die Abschirmhülle weist einen mehreckigen Querschnitt auf. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Abschirmhülle aus einer gefalteten Schicht oder einem Schichtsystem gefertigt werden kann.
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Die Abschirmhülle besteht zumindest teilweise aus einem elektrisch isolierenden Basismaterial, welches zumindest teilweise mit einer elektrisch leitenden Beschichtung beschichtet ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine effiziente Abschirmung der Leiterplatte mit dem Sensorelement erreicht wird.
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Bei dem elektrisch isolierenden Basismaterial kann es sich um eine flexible Leiterplatte handeln, beispielsweise eine Folie aus einem Polymermaterial. Bei der elektrisch leitenden Beschichtung kann es sich um eine Kupferbeschichtung handeln.
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Auf der elektrisch leitenden Beschichtung ist eine zusätzliche elektrisch isolierende Schicht aufgebracht, welche die elektrisch leitende Beschichtung zumindest teilweise bedeckt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein elektrischer Kontakt zwischen der Abschirmhülle und der Leiterplatte mit dem Sensorelement, sowie zwischen der Abschirmhülle und dem Gehäuse vermieden werden kann.
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Die zusätzliche Beschichtung kann eine Polymerschicht sein. Sie kann die elektrisch leitende Schicht größtenteils abdecken, wobei ein Teil der elektrisch leitenden Schicht nicht beschichtet wird, um einen elektrischen Kontakt zwischen der Abschirmhülle und der Befestigungshülse zu ermöglichen. Folglich besteht die Abschirmhülle aus einer elektrisch leitenden Schicht, welche auf der einen Seite durch das Basismaterial und auf der anderen Seite durch die zusätzliche Beschichtung elektrisch isoliert wird. Durch diesen Aufbau kann die Abschirmhülle in physischen Kontakt mit der Leiterplatte auf ihrer Innenseite und dem Gehäuse auf ihrer Außenseite stehen, ohne dass es zu einem elektrischen Kontakt zwischen Leiterplatte und Abschirmhülle, oder Gehäuse und Abschirmhülle kommt. Ferner kann auch das Sensorelement auf der Stirnseite der Leiterplatte in physischen Kontakt zur Abschirmhülle platziert werden, wodurch der Abstand des Sensorelements zu einem zu vermessenden Objekt auf der Stirnseite des elektrischen Sensors verringert und somit die Sensorleistung erhöht werden kann.
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Das Gehäuse des Sensors ist zumindest teilweise mit einer elektrisch isolierenden viskosen Substanz, insbesondere einem Harz, ausgefüllt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Anordnung der Leitungsanordnung, der Leiterplatte und der Abschirmhülle im Gehäuse stabilisiert und eine zusätzliche elektrische Isolierung der Abschirmhülle gegenüber der Leiterplatte und dem Gehäuse erreicht werden kann.
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Die elektrisch isolierende viskose Substanz kann über diejenigen axialen Bohrungen in der Befestigungshülse, welche nicht durch einen Verbindungsstecker der Leiterplatte ausgefüllt sind, in das Gehäuse eingefüllt werden. Die elektrisch isolierende viskose Substanz kann durch die Durchbrüche in der Abschirmhülle in den Raum zwischen Abschirmhülle und Gehäuse eindringen und somit eine zusätzliche elektrische Isolierung zwischen der Abschirmhülle und dem Gehäuse bilden. Die elektrisch isolierende viskose Substanz kann auch die Befestigung der Leitungsanordnung an der Leiterplatte stabilisieren.
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Das Sensorelement ist ein Hallsensorelement. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der elektrische Sensor ein Hallsensor ist, welcher durch die Abschirmhülle effizient vor elektromagnetischen und kapazitiven Störungen abgeschirmt ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigt:
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1 Schematische Darstellungen der einzelnen Komponenten eines elektrischen Sensors zur Erfassung einer physikalischen Größe gemäß einer Ausführungsform.
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2 eine schematische Darstellung eines Befestigungselements
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Sensors 100 zur Erfassung einer physikalischen Größe gemäß einer Ausführungsform. Der elektrische Sensor 100 umfasst ein Gehäuse 310, eine Abschirmhülle 290 und eine Leiterplatte 230 mit einem Sensorelement 250, welche mittels einer Befestigungshülse 170 auf einer Leitungsabschirmung 130 befestigt sind. Weiterhin besteht der Sensor 100 unter anderen aus einer Leitungsabschirmung 130 und einem Mantel 110, einer Leiterplatte 230 mit Verbindungssteckern 210 und einem Sensorelement 250, einer Abschirmhülle 290 und einem Gehäuse 310.
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Der elektrischen Sensor 100 zur Erfassung einer physikalischen Größe kann ausgebildet sein, umfassend: ein Gehäuse 310; eine in dem Gehäuse 310 angeordnete Leiterplatte 230 mit einem Sensorelement 250 und eine elektrische Leitungsanordnung 150, welche an die Leiterplatte 230 elektrisch angeschlossen ist, wobei die Leiterplatte 230 mit einer Befestigungshülse 170 mechanisch fixiert ist.
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Das Sensorelement 250 auf der Leiterplatte 230 kann ein elektrisches Sensorelement 250 für kontaktlose Messungen sein, beispielsweise ein Geschwindigkeitssensorelement, ein Abstandssensorelement oder ein Temperatursensorelement. Das Sensorelement 250 kann für die Messungen elektromagnetische Felder oder Strahlung erzeugen und/oder detektieren. Zusätzlich zum Sensorelement 250 kann die Leiterplatte 230 die Elektronik zum Ansteuern und Auslesen des Sensorelements 250, sowie zu dessen Energieversorgung enthalten.
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Die an der Leiterplatte 230 angeschlossene Leitungsanordnung 150 kann ein einzelnes Kabel oder ein Kabelverbund sein. Die Befestigung und elektrische Kontaktierung des Leiters an der Leiterplatte kann über Lötverbindungen erfolgen. Zu diesem Zweck kann die Leiterplatte 230 ein oder mehrere Lötpads 240 enthalten an denen die Leitungsanordnung 150 angelötet ist.
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Die Leiterplatte 230 weist zwei Verbindungsstecker 210 auf, welche der Befestigung an komplementären Steckanschlüssen in der Befestigungshülse 170 dienen. Die Verbindungsstecker 210 können aus dem gleichen elektrisch isolierenden Material wie das Substrat der Leiterplatte 230 bestehen. Somit entsteht kein elektrischer Kontakt zwischen Leiterplatte 230 und Befestigungshülse 170, und die Leiterplatte ist ebenso von der Abschirmhülle 290 und der Leitungsabschirmung 130 elektrisch isoliert. Ferner können die Verbindungsstecker 210 einen zweiteiligen Aufbau aufweisen, bestehend aus einer Spitze, welche in die Steckanschlüsse der Befestigungshülse 170 eindringt, und einer Basis mit einem im Vergleich zur Spitze erhöhten Durchmesser, welcher das Eindringen der Verbindungsstecker 210 in die Steckanschlüsse begrenzt. Aufgrund dieses Anschlags ist der Abstand des Sensorelements 250 zum Gehäuse 310 genau einstellbar. Um ein Herausrutschen der Verbindungssteckern 210 aus den Steckanschlüssen in der Befestigungshülse 170 zu vermeiden, kann die Basis der beiden Verbindungsstecker 210 reibschlüssig auf einem Crimpring 190 aufliegen, welcher zwischen den beiden Verbindungssteckern 210 eingeklemmt wird.
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Der Anschluss der Leitungsanordnung 150 an der Leiterplatte 230 kann über Lötverbindungen erfolgen. Dabei werden die Leitungen der Leitungsanordnung 150 an Lötpads 240 auf der Leiterplatte 230 angelötet. Um dies zu vereinfachen, kann sich vor jedem Lötpad 240 auf der Leiterplatte 150 eine Führung 220 für eine Leitung befinden. Diese Führung 220 kann aus einer länglichen Vertiefung in oder auf der Leiterplatte 230 bestehen. Die Führung 220 kann das Anlöten der Leitungsanordnung 150 an der Leiterplatte 230 während des Herstellungsprozesses vereinfachen und die Stabilität der Verbindung zwischen Leitungsanordnung 150 und Leiterplatte 230 erhöhen.
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Die Leitungsabschirmung 130 kann ein Kabelschirm sein, welcher aus einem Schirmgeflecht besteht. Die Leitungsabschirmung 130 kann zudem teilweise von einem Mantel 110 aus einem nichtleitenden Material ummantelt sein. Das Gehäuse des elektrischen Sensors kann auf diesem Mantel mit einer Rollenhülse 330 befestigt sein.
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Das Gehäuse 310 kann aus einem elektrisch leitenden oder elektrisch isolierenden Material bestehen. Insbesondere kann es aus einem Flanschrohr mit einem Flansch zur Befestigung des Sensors bestehen. Das Gehäuse 310 kann eine Gehäusebeschriftung zur Identifizierung des Sensors aufweisen.
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Durch die Befestigungshülse 170 wird die Leitungsabschirmung 130 geführt und dabei elektrisch kontaktiert. Zu diesem Zweck kann der elektrisch isolierende Mantel 110, welcher die Leitungsabschirmung 130 zusätzlich ummanteln, gekürzt werden. Durch die Verwendung eines elektrisch leitenden Materials für die Befestigungshülse 170, beispielsweise Messing, entsteht ein elektrischer Kontakt zwischen Leitungsabschirmung 130 und Befestigungshülse 170. Ferner kann die Befestigungshülse 170 auf der der Leiterplatte 230 zugewandten Seiten eine Verlängerung mit verringertem Durchmesser aufweisen. Über diese Verlängerung kann der auf dieser Seite der Befestigungshülse überstehende Teil der Leitungsabschirmung 130 zurückgestülpt und mittels einer Crimpverbindung befestigt werden. Hierzu kann ein Crimpring 190 über den zurückgestülpten Teil der Leitungsabschirmung 130 geschoben und mittels Crimpung fixiert werden. Diese Crimpverbindung ist zugfest und ermöglicht eine stabile Verbindung der Befestigungshülse 170 mit der Leitungsabschirmung 130.
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Zur Befestigung der Abschirmhülle 290 auf der Befestigungshülse 170 kann eine elektrisch leitende Klebeverbindung 270, beispielsweise ein doppelseitige Klebeband, an der Befestigungshülse 170 angebracht werden. Die Leitungsabschirmung 130 kann über die Befestigungshülse 170 geschoben und auf dem elektrisch leitenden doppelseitigen Klebeband fixiert werden. Dadurch entsteht über die Befestigungshülse 170 eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Abschirmhülle 290 und der Leitungsabschirmung 130. Somit kann die Abschirmhülle 290 über die Leitungsabschirmung 130 geerdet und beispielsweise eine elektrische Aufladung der Abschirmhülle 290 vermieden werden. Um die Abschirmhülle 290 auf der Befestigungshülse 170 zusätzlich zu fixieren, kann ein elastischer elektrisch isolierender Schlauch, beispielsweise ein Silikonschlauch, unter Spannung über der Abschirmhülle 290 gezogen werden. Dieser Schlauch drückt die Abschirmhülle 290 auf die Befestigungshülse 170 und führt zu einer stabileren Verbindung zwischen Abschirmhülle 230 und Befestigungshülse 170.
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Die Leiterplatte 230 besteht aus einem elektrisch isolierenden Substrat, beispielsweise ein Kunststoff, welches auf einer oder auf beiden Seiten von mit einer Flexprint-Beschichtung beschichtet ist. Mit dieser Anordnung kann eine hohe Flexibilität der Leitungsanordnung auf der Leiterplatte 230 und eine kostengünstige Herstellung erreicht werden.
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Die Leiterplatte enthält einen Magneten 350, welcher an der Stirnseite der Leiterplatte 230 angeordnet ist, wobei ein Magnetpol in Richtung der von den Verbindungssteckern 210 abgewandten Seite der Leiterplatte 230 zeigt. Aufgrund dieser Ausrichtung treten die magnetischen Feldlinien des Magneten 350 aus der Stirnseite des elektrischen Sensors 100 aus, so dass der elektrische Sensor 100 mit seiner Stirnseite auf ein zu vermessendes Objekt ausgerichtet werden kann. Der Magnet 350 kann gemäß einer Ausführungsform Teil eines Hallsensorelements sein und der elektrische Sensor 100 ein Hallsensor. Beispielsweise kann ein solcher Hallsensor in das Getriebe eines Antriebsystems eingebaut werden und die Drehzahl eines Zahnrades messen.
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Die Abschirmhülle 290 besteht aus einem elektrisch isolierenden Basismaterial, beispielsweise einer Basisfolie einer flexiblen Leiterplatte, mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung. Bei der Beschichtung kann es sich um eine Kupferbeschichtung handeln. Das Basismaterial kann zu einer Abschirmhülle mit mehreckigem Querschnitt gefaltet werden, was zu einer hohen Flexibilität bei der Dimensionierung und einem geringen Gewicht der Abschirmhülle 290 führt. Die elektrisch leitfähige Schicht auf der Abschirmhülle 290 kann mit einer zusätzlichen elektrisch isolierenden Schicht, beispielsweise einer Polymerschicht, beschichtet sein. Die dabei entstehende Abschirmhülle 290 besteht aus einer elektrisch leitenden Schicht, welche auf beiden Seiten von einer elektrisch nicht leitenden Schicht bedeckt ist: auf der einen Seite vom elektrisch isolierenden Basismaterial, und auf der anderen Seite von der elektrisch isolierenden Schicht. Eine Abschirmhülle 290 mit einer auf solche Art und Weise doppelt isolierten elektrisch leitenden Schicht hat den Vorteil, dass sie in physischen Kontakt mit der Leiterplatte 230 und dem Gehäuse 310 stehen kann, ohne dass dabei ein elektrischer leitender Kontakt zwischen Leiterplatte 230 und Abschirmhülle 290, oder zwischen Abschirmhülle 290 und Gehäuse 310 entsteht. Dies kann die Herstellung des elektrischen Sensors 100 vereinfachen, da nicht mehr sichergestellt werden muss, dass Abstände zwischen der Leiterplatte 230, der Abschirmhülle 290 und dem Gehäuse 310 genau eingehalten werden, um nicht gewollte elektrische Kontakte zu vermeiden. Der Aufbau der Abschirmhülle 290 aus einer doppelt isolierten elektrisch leitenden Schicht erlaubt außerdem das Sensorelements 250 an der Stirnseite der Leiterplatte 230 in physischen Kontakt mit der Abschirmhülle 290 zu platzieren. Hierdurch kann der Abstand des Sensorelements 250 von einem zu vermessenden Objekt auf der Stirnseite des elektrischen Sensors 100 verringert und somit die Sensorleistung erhöht werden. Außerdem kann die Intensität eines im Sensorelement 250 erzeugten elektromagnetischen Feldes außerhalb des elektrischen Sensors 100 erhöht werden.
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Die Abschirmhülle 290 kann eine Mehrzahl von Durchbrüchen 300 aufweisen, die im Umfang der Abschirmhülle 290 angeordnet sind. Diese Durchbrüche 300 ermöglichen ein komplettes ausfüllen des Gehäuses 310 mit einem elektrisch isolierenden Harz. Dieses Harz kann eine zusätzliche elektrische Isolierung der Abschirmhülle 290 gegenüber der Leiterplatte 230 und dem Gehäuse 310 bilden. Das Harz dient außerdem der Stabilisierung und Fixierung aller in dem Gehäuse angebrachten Komponenten. Ferner dient es der Fixierung und elektrischen Isolierung der an die Leiterplatte 230 angelöteten Leitungsanordnung 150. Das Harz kann in das Gehäuse 310 über die nicht belegten Steckanschlüsse in der Befestigungshülse 170 eingefüllt werden. Diese Steckanschlüsse bestehen aus axialen Bohrungen im Mantel der Befestigungshülse 170, wobei die Bohrungen den Mantel in axialer Richtung komplett durchdringen.
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Das Gehäuse 310 ist auf einem elektrisch isolierenden Mantel 110 auf der Leitungsanordnung mittels einer Rollenhülse 330 angeordnet. Hierdurch entsteht eine stabile Verbindung welche die Rotation des Gehäuses 310 um die Längsachse der Leitungsanordnung 150 erlaubt und somit den Aufbau von Scherkräften zwischen Gehäuse 310 und Leitungsanordnung 150 verhindert. Dies vereinfacht die Anbringung und Ausrichtung des Gehäuses 310 am Einsatzort des elektronischen Sensors 100 und erlaubt den Einsatz in sich bewegenden Objekten.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Befestigungshülse 170. Die Befestigungshülse 170 weist mindestens zwei Steckanschlüsse 160 auf, die aus axialen Bohrungen 180 im Mantel der Befestigungshülse 170 bestehen. Dadurch wird die Leiterplatte 230 exakt gehalten und kann in dem Sensorgehäuse 310 genau positioniert werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass mehr als zwei Bohrungen 180 in der Befestigungshülse 170 vorhanden sind, da durch die Bohrungen 180, welche nicht von der Leiterplatte 230 belegt sind ein Gießharz geleitete werden kann. Mit dem Gießharz wird das Sensorgehäuse 310 vollständig mit einer Vergussmasse ausgefüllt, um die Leiterplatte 230 gegenüber Umwelteinflüssen abzudichten.
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Der erfindungsgemäße Sensor 100 hat dadurch den Vorteil, dass er auch unter rauen Bedingungen, wie z. B. als Winkelgeber bei der Bahn, eingesetzt werden kann, wobei er trotzdem kostengünstig herstellbar ist. Dies wird insbesondere durch einen modularen Aufbau des Sensors 100 erreicht, welcher aus einer Befestigungshülse 170, einem Sensorgehäuse 310, der Leiterplatte 230 mit Sensorelektronik und einem separaten Verguss aufgebaut ist. Aufgrund des modularen Aufbaus kann die Leiterplatte 230 mit Sensorelektronik immer gleich aufgebaut werden, und das Sensorgehäuse 310 sowie die Befestigungshülse 170 kann jeweils an die kundenspezifischen Anforderungen angepasst sein.
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Die Befestigungshülse 170 kann aus einem Metall oder einer metallischen Verbindung, beispielsweise Messing, oder aus einem nichtleitenden Material, beispielsweise Kunststoff, bestehen. Der Innendurchmesser der Befestigungshülse 170 kann so gewählt werden, dass die Befestigungshülse 170 reibschlüssig auf der Leitung aufliegt. Der äußere Umfang der Befestigungshülse 170 kann rund oder mehreckig sein. Ferner kann die Befestigungshülse 170 auf der der Leiterplatte 230 zugewandten Seiten eine Verlängerung 140 mit verringertem Durchmesser aufweisen. Über diese Verlängerung 140 kann der auf dieser Seite der Befestigungshülse überstehende Teil der Leitungsabschirmung 130 zurückgestülpt und mittels einer Crimpverbindung befestigt werden.
