DE102016011709A1

DE102016011709A1 - Verfahren zum Herstellen einer Sensorzeile und Vorratszeile zum Einsatz in einem solchen Verfahren

Info

Publication number: DE102016011709A1
Application number: DE102016011709.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Voss; Axel Bartos
Original assignee: TE Connectivity Sensors Germany GmbH
Current assignee: TE Connectivity Sensors Germany GmbH
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2018-03-29
Also published as: WO2018060433A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Sensorzeile mit mindestens zwei magnetfeldempfindlichen Sensoren, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt von einer Vorratszeile abgetrennt wird, wobei die Vorratszeile ein Trägermaterial aufweist, auf dem mindestens drei magnetfeldempfindliche Sensoren in einer Zeile angeordnet sind und auf oder in dem Trägermaterial eine elektrische Verbindung zwischen den Sensoren auf dem Trägermaterial vorgesehen ist, und der Abschnitt zur Herstellung der Sensorzeile verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Sensorzeile mit mindestens zwei magnetfeldempfindlichen Sensoren. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorratszeile zum Einsatz in einem derartigen Verfahren.
In einer Vielzahl unterschiedlicher technischer Gebiete besteht das Bedürfnis, die Position eines ersten bewegbaren Bauteils einer Vorrichtung relativ zu einem zweiten, meist stationären Bauteil zu bestimmen. So ist es beispielsweise in Leitungssystemen mit Ventilen von Interesse, die Stellung eines Ventilkörpers eines Ventils relativ zu seinem Ventilgehäuse zu ermitteln, beispielsweise um zu ermitteln, ob das Ventil geöffnet oder geschlossen ist, oder um zu ermitteln, wie weit das Ventil geöffnet ist. Ebenso besteht ein Interesse daran, die Position eines Kolbens in einem Zylinder festzustellen. Häufig besteht ein Interesse daran, die Absolutposition des ersten, bewegbaren Bauteils relativ zu dem meist stationären zweiten Bauteil in Bezug auf ein festes Koordinatensystem des zweiten Bauteils festzustellen. Ebenso häufig besteht ein Interesse daran, festzustellen, wann das erste, bewegbare Bauteil eine bestimmte Position passiert hat. Ebenso sind Anwendungen bekannt, bei denen das erste, bewegbare Bauteils als Schwimmer ausgeführt ist, der auf einer Flüssigkeit aufschwimmt, und dessen Lage (die Füllhöhe der Flüssigkeit) relativ zu einem festen Koordinatensystem des Flüssigkeitsbehälters bestimmt werden soll.
Aus WO 2011/160796 A2 ist eine Vorrichtung bekannt, die in einem solchen Anwendungsgebiet eingesetzt werden kann und die eine Sensorzeile mit mindestens zwei entlang eines Messwegs angeordneten, magnetfeldempfindlichen Sensoren einsetzt.
Aus WO 2015/165593 ist eine Messvorrichtung zum Messen des Pegels einer Flüssigkeit in einem Behälter mit einer Sensorzeile mit mindestens zwei entlang eines Messwegs beabstandete voneinander angeordneten, magnetfeldempfindlichen Sensorelementen bekannt.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass diese Vorrichtungen gut funktionieren. Zugleich hat sich jedoch gezeigt, dass ein relativ hoher Anpassungsaufwand notwendig ist, um für eine neue Messaufgabe eine entsprechende Sensorzeile bereitzustellen.
Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Sensorzeile mit mindestens zwei magnetfeldempfindlichen Sensoren vorzuschlagen, dass einen geringeren Herstellungsaufwand, bzw. einen geringeren Planungsaufwand für neue Messaufgaben ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und die Vorratszeile gemäß Anspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der hiernach folgenden Beschreibung wiedergegeben.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, die Sensorzeile durch Abtrennen von einer Vorratszeile, insbesondere bevorzugt von einer Vorratsrolle herzustellen. Damit löst sie sich von dem derzeit in der Praxis vorherrschenden Gedanken, für das jeweilige Anwendungsgebiet, bzw. für die jeweilige Messaufgabe eine spezifische Sensorzeile herzustellen, bei der die einzusetzenden magnetfeldempfindlichen Sensoren auf eine für das spezifische Anwendungsgebiet/für die spezifischen Einbaubedingungen abgestimmte, feste Trägerplatte, beispielsweise eine Leiterplatte (im englischen häufig als Printed Circuit Board (PCB) bezeichnet) aufgebracht werden. Stattdessen setzt sie eine Vorratszeile ein, auf der sich eine Vielzahl magnetfeldempfindlicher Sensoren in einer Zeile befinden.
Ausgangspunkt des Verfahrens ist somit insbesondere eine Vorratszeile, die nicht für das konkrete Anwendungsgebiet, den konkreten Anwendungsfall erzeugt wurde, sondern eine Vorratszeile, die allein dafür hergestellt wurde, einen Vorrat von auf einem Trägermaterial in einer Zeile angeordneten magnetfeldempfindlichen Sensoren bereitzustellen, von dem die für das konkrete Anwendungsgebiet, bzw. den konkreten Anwendungsfall einzusetzende Anzahl von magnetfeldempfindlichen Sensoren abgetrennt werden kann. Diese Herangehensweise bietet bereits im Kontext der Herstellung der Vorratszeile Vorteile. Die Vorratszeile kann als eine Art Massenartikel hergestellt werden. Somit können die Herstellungsschritte standardisiert werden. Ferner bieten sich für die Anwender derartiger Sensorzeilen Vorteile in der Bevorratung. Haben Anwender verschiedene Produkte, in denen unterschiedlichen langen Sensorzeilen zum Einsatz kommen, so müssen sie nun nicht mehr sowohl die Sensorzeilen der einen Länge als auch die Sensorzeile in der anderen Länge bevorratet halten. Die Anwender müssen nur noch die Vorratszeile bevorratet halten und können dann aus der Vorratszeile heraus die Länge der Sensorzeile erzeugen, die sie jeweils benötigen. Ferner wird der elektrische Testaufwand minimiert, da für die Vorratszeile nur eine Testmaschine nötig ist und nicht für jedes unterschiedliche Längendesign ein Platinenadapter extra angefertigt werden muss.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht mit einem Verfahren zur Herstellung eines einzelnen magnetfeldempfindlichen Sensors zu verwechseln. Bei der Herstellung eines einzelnen magnetfeldempfindlichen Sensors ist es bekannt, eine Mehrzahl von Sensoren auf einer großen Leiterplatte zu erzeugen und die Leiterplatte dann zur Bildung der einzelnen Sensoren zu zersägen. Hierbei kann es auch dazu kommen, dass aus der Leiterplatte mit einer Vielzahl von magnetfeldempfindlichen Sensoren zunächst eine Zeile mit einer Mehrzahl von magnetfeldempfindlichen Sensoren herausgetrennt wird und dann von der Zeile wiederum die einzelnen Sensoren abgetrennt werden. Diese so hergestellten einzelnen magnetfeldempfindlichen Sensoren müssen aber zur Herstellung einer Sensorzeile mit mindestens zwei magnetfeldempfindlichen Sensoren zunächst wiederum auf eine Trägerplatte aufgebracht werden und auf dieser Trägerplatte verdrahtet werden. Das Abtrennen von einzelnen magnetfeldempfindlichen Sensoren aus einer Zeile von Trägermaterial findet hier also als vorgelagerter Zwischenschritt statt, nämlich bei dem Herstellen von Einzelteilen, die beim späteren Herstellen der eigentlichen Sensorzeile zusammengesetzt werden müssen. Das erfindungsgemäße Verfahren setzt an einem anderen Punkt an, nämlich am Ende des Herstellungsprozesses. Die im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzende Vorratszeile bietet dem Anwender die magnetfeldempfindlichen Sensoren quasi schon fertig verdrahtet und auf einem Trägermaterial angeordnet an, so dass der Anwender in einer bevorzugten Ausführungsform nur noch den Abschnitt abtrennen muss, der die von ihm gewünschte Anzahl von magnetfeldempfindlichen Sensoren enthält, und dann eine fertig einbaubare Sensorzeile in den Händen hält, ohne magnetfeldempfindliche Sensoren auf einem Trägermaterial anzubringen oder sich um die Verdrahtung der auf dem Trägermaterial vorhandenen magnetfeldempfindlichen Sensoren untereinander kümmern zu müssen.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht das Abtrennen eines Abschnitts von einer Vorratszeile vor. Die für das Abtrennen einzusetzende Methode hängt stark von der Art des Trägermaterials und der Art der elektrischen Verbindung auf oder in dem Trägermaterial ab. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Trägermaterial ein flexibles Trägermaterial, so dass das Abtrennen des Abschnitts von der Vorratszeile beispielsweise bereits durch einen Schneidprozess, insbesondere bevorzugt mit einer Schere oder einem Hebelschneider oder einem Rollenschneider erfolgen kann. Bei stärkerem Trägermaterial ist es denkbar, dass das Abtrennen im Wege eines Sägens erfolgen muss. Auch ist es denkbar, das Abtrennen mittels eines Laserschneiders vorzunehmen. Das Abtrennen kann auch im Wege eines Brechens oder eines Knickens mit anschließendem Brechen erfolgen. Ferner kann an der Stelle, an der ein Abtrennen vorgenommen werden soll, eine Perforation in Trägermaterial vorgesehen sein, die ein Abtrennen im Wege des Brechens, bzw. Knickens und Brechens unterstützt.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass der so gewonnene Abschnitt zur Herstellung der Sensorzeile verwendet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der so gewonnene Abschnitt die Sensorzeile, so dass weitere Verfahrensschritte entfallen können. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der so gewonnene Abschnitt somit ein verbaufähiges Bauelement, das in die gewünschte Anwendung eingebaut und mit der in der gewünschten Anwendung vorgesehenen Elektronik verbunden werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, das der Abschnitt von einer Vorratszeile abgetrennt wird, auf oder in dessen Trägermaterial eine elektrische Verbindung zwischen den Sensoren auf dem Trägermaterial vorgesehen ist. Die Formulierung „zwischen den Sensoren” ist dabei so zu verstehen, dass jeder Sensor der Vorratszeile zumindest mit einem anderen Sensor der Vorratszeile über zumindest eine elektrische Leitung, die einen Teil der elektrischen Verbindung bildet, verbunden ist. Insbesondere bevorzugt ist jeder Sensor der Vorratszeile zumindest mit einem ihm benachbarten Sensor der Vorratszeile über zumindest eine elektrische Leitung, die einen Teil der elektrischen Verbindung bildet, verbunden, wobei als benachbarter Sensor verstanden wird, der dem betrachteten Sensor in die Richtung, in die sich die Vorratszeile erstreckt (die Zeilenrichtung), vor- oder nachgelagert ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sensoren in einer Reihe auf dem Trägermaterial angeordnet. Darunter wird insbesondere verstanden, dass sich die Flächenmittelpunkte der Sensoren in Draufsicht auf die Vorratszeile und/oder die Volumenmittelpunkte der Sensoren auf einer Linie liegen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Trägermaterial bandförmig ausgeführt und weist eine Längsrichtung auf, die in der Mitte des Trägermaterials liegt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Flächenmittelpunkte der Sensoren in Draufsicht auf die Vorratszeile und/oder die Volumenmittelpunkte der Sensoren so ausgerichtet, dass sie parallel zur Längsrichtung des Trägermaterials verlaufen. Insbesondere bevorzugt sind die Sensoren so angeordnet, dass sie mittig auf dem Trägermaterial angeordnet sind. Alternativ können die Sensoren aber auch so auf einer Linie angeordnet sein, dass sie außermittig des Trägermaterials liegen, beispielsweise um Raum für die elektrische Verbindung zu schaffen. In einer alternativen Ausführungsform sind jeweils die übernächsten Sensoren auf einer Linie ausgeführt, so dass sich zwei Linien von Sensoren ergeben, bei denen die jeweils benachbarten Sensoren versetzt zu einander angeordnet sind, insbesondere bevorzugt um den gleichen Abstand, aber in verschiedene Richtung zur Längsrichtung des Trägermaterials versetzt angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Master, insbesondere bevorzugt ein Busmaster mit der auf oder in dem Trägermaterial vorgesehenen elektrischen Verbindung verbunden und/oder einem Ende des Abschnitts. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Verbindung eine Busstruktur oder ein Teil einer Busstruktur. Es ist denkbar, dass in dieser Busstruktur jeder magnetfeldempfindliche Sensor bereits einen Master enthält, so dass auf der Vorratszeile mindestens drei magnetfeldempfindliche Sensoren und dem jeweiligen magnetfeldempfindlichen Sensor zugeordneten Mastern vorgesehen sind. Der Bus wäre dann ein Multimaster-Bus. In einer bevorzugten Ausführungsform ist es jedoch vorgesehen, dass die auf der Vorratszeile vorgesehene elektrische Verbindung zwischen den Sensoren die Grundlage einer Busstruktur bildet (einen Teil eines Busstruktur bildet), die durch Hinzufügen eines Masters zu einem Bus komplettiert werden kann. Deshalb sieht das erfindungsgemäße Verfahren als weiteren Verfahrensschritt vor, einen Master mit der auf oder in dem Trägermaterial vorgesehenen elektrischen Verbindung und/oder einem Ende des Abschnitts zu verbinden.
Das Verbinden des Masters mit dem Ende des Abschnitts kann insbesondere bevorzugt mit folgenden Herstellungsschritten vollzogen werden: Das elektrische Verbinden des Masters mit der auf oder in dem Trägermaterial vorgesehenen elektrischen Verbindung erfolgt insbesondere bevorzugt im Wege des Anlötens der elektrischen Verbindungen zwischen Trägermaterial und Master oder unter Zuhilfenahme einer geeigneten Steckverbindung, welche in einer bevorzugten Ausführung auf dem Trägermaterial bereits als FFC Verbindung (in English sog. „Flexible Flat Cable”) vorgesehen sein kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Terminierung, insbesondere bevorzugt eine Busterminierung, mit der auf oder in dem Trägermaterial vorgesehenen elektrischen Verbindung verbunden und/oder einem Ende des Abschnitts. Die Terminierung kann bereits auf dem Trägermaterial angelegt sein und beispielsweise durch das Abtrennen des Abschnitts als Terminierung aktiviert werden, beispielsweise dadurch dass eine vorher bestehende elektrische Verbindung an der Trennstelle durchtrennt wird und durch das Durchtrennen zwei vorher getrennte Stränge der elektrischen Verbindung zur Bildung der Terminierung miteinander verbunden werden.
Das Verbinden der Terminierung mit dem Ende des Abschnitts kann insbesondere bevorzugt auch mit folgenden Herstellungsschritten vollzogen werden: Das elektrische Verbinden der Terminierung mit der auf oder in dem Trägermaterial vorgesehenen elektrischen Verbindung erfolgt insbesondere bevorzugt im Wege des Anlötens der elektrischen Verbindungen zwischen Trägermaterial und Terminierung oder unter Zuhilfenahme einer geeigneten Steckverbindung, welche in einer bevorzugten Ausführung auf dem Trägermaterial bereits als FFC Verbindung (in English sog. „Flexible Flat Cable”).
In einer bevorzugten Ausführungsform ist als Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens eine automatische optische Inspektion des Lötbildes vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist zumindest ein Sensor auf dem Trägermaterial, insbesondere bevorzugt jeder Sensor auf dem Trägermaterial eine Aktivierungsstelle auf, bzw. ist mit einer Aktivierungsstelle verbunden. Als Aktivierungsstelle wird eine Stelle für einen elektrischen Kontakt, insbesondere bevorzugt mit einem von außen an die Stelle herangeführten Pin verstanden. Eine Aktivierungsstelle kann dafür genutzt werden, den Sensor, an dem sie ausgeführt ist, bzw. mit dem sie verbunden ist, individuell zu aktivieren, ohne den Sensor über die elektrische Verbindung anzusteuern. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Aktivierungsstelle nur mit einem Sensor verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist zumindest ein Sensor auf dem Trägermaterial, insbesondere bevorzugt jeder Sensor auf dem Trägermaterial mindestens zwei Aktivierungsstelle auf, bzw. ist mit mindestens zwei Aktivierungsstelle verbunden. Die Ausführungsformen mit einer, bzw. mindestens zwei Aktivierungsstellen erlauben es, den jeweiligen Sensor losgelöst von der elektrischen Verbindung, bzw. unter Rückgriff auf die über die elektrische Verbindung bereitgestellte Masse zu testen, bzw. zu kalibrieren. Das bietet die Möglichkeit, ein Roll-to-Roll-Verfahren für die elektrischen oder magnetischen Tests vorzunehmen. Die Vorratszeile kann in dieser Ausführungsform von einer Vorratsrolle abgewickelt werden, ein sich im abgewickelten Abschnitt befindlicher Sensor kann geprüft, bzw. kalibriert werden, in dem ein oder mehrere Pins in Kontakt mit der Aktivierungsstelle, bzw. mit den Aktivierungsstellen des jeweiligen Sensors gebracht wird, und die Vorratszeile wird nach der Durchführung des jeweiligen Tests wieder aufgerollt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist als Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens das Aufbringen einer Schutzschicht, insbesondere bevorzugt einer flexiblen Schutzschicht, beispielsweise eines Schutzlacks (Korrosion) auf die Elektronik vorgesehen. Dies kann die Korrosion der Elektronik verhindern, bzw reduzieren.
Die Erfindung schlägt ferner eine Vorratszeile zum erfindungsgemäßen Verfahren vor. Die erfindungsgemäße Vorratszeile weist ein flexibles Trägermaterial auf, auf dem mindestens drei magnetfeldempfindliche Sensoren in einer Zeile angeordnet sind. Das flexible Trägermaterial lässt sich zu einer Rolle aufrollen. Ferner sieht die erfindungsgemäße Vorratszeile eine auf oder in dem Trägermaterial vorgesehenen elektrischen Verbindung zwischen den Sensoren auf dem Trägermaterial vor.
Als flexibles Trägermaterial wird insbesondere bevorzugt Polyimid verwendet.
Mit dem Hinweis, dass sich das flexible Trägermaterial zu einer Rolle aufrollen lässt, wird der Grad der Flexibilität des Trägermaterials beschrieben, nämlich die grundsätzliche Eignung, ein solches Material zu einer Rolle aufzurollen, auch wenn dies erst dann gelingt, wenn man einen genügend langen Streifen des flexiblen Trägermaterials nimmt. Es wird davon ausgegangen, dass in der Mehrzahl der Anwendungsfälle eine Vorratsrolle nicht nur mindestens drei magnetfeldempfindliche Sensoren sondern eine große Vielzahl von magnetfeldempfindlichen Sensoren, insbesondere bevorzugt mehr als 5, ganz besonders bevorzugt mehr als 10 und insbesondere bevorzugt mehr als 20, und besonders bevorzugt mehr als 100 und besonders bevorzugt mehr als 150 enthält. Andererseits ist davon auszugehen, dass der jeweilige magnetfeldempfindliche Sensor selbst sich nicht in einen Bogen biegen lässt. Es kann somit sein, dass wenn eine Vorratszeile tatsächlich nur mit der minimalen Zahl von 3 magnetfeldempfindlichen Sensoren ausgestattet ist, diese sich trotz der Flexibilität des Trägermaterials nicht in eine Rolle aufrollen lassen. Vor diesem Hintergrund ist die Forderung, wonach sich das flexible Trägermaterial zu einer Rolle aufrollen lässt, nicht dahingehend zu verstehen, dass sich eine Vorratszeile mit nur 3 magnetfeldempfindlichen Sensoren zu einer Rolle aufrollen lassen muss. Die Formulierung, wonach sich das flexible Trägermaterial zu einer Rolle aufrollen lässt, beschreibt die Flexibilität des Trägermaterials als solches (und nicht zwingend einer Eignung des konkreten Stücks dieses flexiblen Trägermaterials, das für die jeweilige Vorratszeile verendet wird), die erlaubt, dass – zumindest wenn man einen hinreichend langen Streifen des Trägermaterials nimmt, beispielsweise einen Streifen von mehr als 10 cm – sich dieser Streifen zu einer Rolle aufrollen lässt.
Es ist davon auszugehen, dass steife Platinen, wie sie aus der Praxis bekannt sind, und auf denen die Sensoren in der Praxis angebracht werden, nicht mit einer Länge von mehr als 600 mm hergestellt werden können. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Sensorzeilen möglich, die diese Länge deutlich überschreiten und somit auf für Anwendung einsetzbar sind, bei denen die Lage eines über eine Strecke von mehr als 600 mm beweglichen magnetischen Gebers bestimmt werden muss.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorratszeile eine Vorratsrolle, bei der das flexible Trägermaterial zu einer Rolle aufgerollt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das flexible Trägermaterial der Vorratszeile ein Streifen. Insbesondere bevorzugt weist der Streifen eine Breite von weniger als 20 mm, insbesondere bevorzugt von weniger als 15 mm, insbesondere bevorzugt von weniger als auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Streifen eine Länge von mehr als 50 mm, insbesondere bevorzugt von mehr als 100 mm, insbesondere bevorzugt von mehr als 200 mm auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das flexible Trägermaterial eine Dicke von weniger als 1 mm, insbesondere bevorzugt von weniger als 0,75 mm und insbesondere bevorzugt von kleiner oder gleich 0,5 Millimetern auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorratszeile mehr als 5, ganz besonders bevorzugt mehr als 10 und insbesondere bevorzugt mehr als 20, und besonders bevorzugt mehr als 100 und besonders bevorzugt mehr als 150 Sensoren auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sensoren in gleichmäßigen Abständen auf dem Trägermaterial angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen den jeweiligen Mittelpunkten der Sensoren weniger als 20 mm, insbesondere bevorzugt weniger als 10 mm und ganz besonders bevorzugt weniger als 5 mm, beispielsweise 4 Millimeter.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind auf der Vorratszeile Gruppen von Sensoren vorgesehen, wobei die Sensoren innerhalb einer Gruppe in gleichmäßigem Abstand angeordnet sind und/oder die Gruppen zueinander in gleichmäßigen Abständen zueinander auf dem Trägermaterial angeordnet sind. Beispielsweise ist es denkbar, jeweils drei Sensoren zu einer Gruppe zusammenzufassen und die jeweiligen Mittelpunkte der Sensoren in dieser Gruppe in einem ersten Abstand voneinander anzuordnen und die jeweiligen Gruppen in einem Abstand zueinander anzuordnen, der bewirkt, dass der letzte Sensor einer ersten Gruppe weiter von dem ersten Sensor der nachfolgenden Gruppe beabstandet ist, als er von dem ihm benachbarten Sensor seiner gleichen Gruppe beabstandet ist. Dies schafft die Möglichkeit, die Sensoren innerhalb einer Gruppe nach einem bestimmten Layout für eine bestimmte Sensorzeile auszuführen. Durch Abtrennen der jeweiligen Gruppe erhält der Anwender somit eine Sensorzeile mit einem von ihm für einen jeweiligen Anwendungsfall gewünschten Layout der magnetfeldempfindlichen Sensoren auf dem Trägermaterial.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Verbindung eine Busstruktur oder ein Teil einer Busstruktur, insbesondere bevorzugt eines I2C (englischer Begriff: Inter-Integrated Circuit, häufig als I²C oder Englisch I-squared-C bezeichnet) oder als SPI (Serial Peripheral Interface) Bus oder als proprietärer Bus ausgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen einem ersten magnetfeldempfindlichen Sensor und einem zweiten magnetfeldempfindlichen Sensor eine Anschlusszone vorgesehen, in der die die elektrische Verbindung bildenden elektrischen Leitungen in einer Lage relativ zueinander einnehmen, die bei einem Durchtrennen der Vorratszeile in dieser Anschlusszone eine Anschlussgeometrie für einen Master oder eine Terminierung bilden. In einer bevorzugten Ausführungsfrom ist die Anschlusszone als längliches Pad ausgeführt, welches beispielsweise mittig durchtrennt werden kann. Damit kann das Pad eine Möglichkeit für einen Lötanschluss bieten, zum Anderen ist eine Kontaktierung über Flachbandconnectoren denkbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf der Vorratszeile, wobei als Rückseite der Vorratszeile die Seite der Vorratszeile verstanden wird, auf der die magnetfeldempfindlichen Sensoren nicht angeordnet sind, eine Klebstoffschicht vorgesehen. Insbesondere bevorzugt ist diese Klebstoffschicht auf ihrer dem Trägermaterial abgewandten Seite mit einer Deckfolie abgedeckt. Das Vorstehen der Klebstoffschicht erlaubt es, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnene Sensorzeile an ihrem Anwendungsort aufzukleben. Anstelle der Klebstoffschicht kann auch eine Schicht eines Klettverbundes vorgesehen sein. Eine weitere bevorzugte Ausführung kann spezielle Einrastpunkte auf dem Trägermaterial vorsehen, welche an definierten Verbindungpunkten in der späteren Anwendung eingeklickt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden als magnetfeldempfindliche Sensoren magnetoresistive Sensoren eingesetzt. Insbesondere kann der jeweilige Sensor den „anisotropen-magnetoresistiven Effekt” (AMR-Effekt) oder den „gigantischen” magnetoresistiven Effekt (GMR-Effekt) aufweisen. Der Sensor kann allerdings auch andere Effekte aufweisen, wie beispielsweise den Giant magnetoimpedance (GMI), den Tunnelmagnetoresistance-Effekt (TMR) oder den Hall-Effekt. Ein Sensor kann mehrere magnetfeldempfindliche Widerstände aufweisen, die zur Bildung des Sensors zu einer Wheatstone-Brücke oder zu einer Wheatstone-Halbbrücke (Spannungsteiler) verschaltet werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Trägermaterial einen Biasmagneten auf, der insbesondere bevorzugt unmagnetisiert ist und erst beim Einbua der Sensorzeile an ihrem Bestimmungsort magnetisiert wird. Ergänzend oder alternativ ist die Unterseite des Trägermaterials selbst ferromagnetisches Gummi.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Trägermaterial Ausnehmungen oder Perforierungen auf, die beim Verbau der Sensorzeile an ihrem Bestimmungsort eine Fixierung der Sensorzeile durch Einklicken erlaubt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine erste Vorratszeile über seitwärts an dieser Vorratszeile angeordnete Brücken, beispielsweise Stege mit einer zweiten Vorratszeile verbunden. Insbesondere bevorzugt ist die Vorratszeile Teil eines Systems von einer Vielzahl von seitwärts miteinander über Brücken, beispielsweise Stege verbundenen Vorratszeilen. Das Abtrennen des Abschnitts kann dadurch erfolgen, dass der jeweilige Abschnitt von seiner Vorratszeile abgetrennt wird, die abgetrennten Abschnitte aber untereinander durch die Brücken verbunden bleiben. Auf diese Weise kann eine Matrix Sensorzeilen erzeugt werden. Das Abtrennen des Abschnitts kann aber auch dadurch erfolgen, dass zunächst die Vorratszeile vereinzelt wird, in dem die sie mit anderen Vorratszeilen verbindende Brücken getrennt werden und dann der Abschnitt von der Vorratszeile abgetrennt wird. Das Abtrennen des Abschnitts kann auch dadurch erfolgen, dass der jeweilige Abschnitt von seiner Vorratszeile abgetrennt wird und dann die die abgetrennten Abschnitte untereinander verbindenden Brücken getrennt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren mit der erfindungsgemäßen Sensorzeile durchgeführt.
Die Erfindung richtet sich auch auf eine Sensorzeile mit mindestens zwei magnetfeldempfindlichen Sensoren, die in einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.
Eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Sensorzeile wird insbesondere bevorzugt zum Bestimmen der Position eines relativ zur Sensorzeile beweglichen magnetischen Gebers relativ zur Sensorzeile verwendet. Insbesondere findet eine Verwendung in der Automobiltechnik, zum Beispiel zur Füllstandsmessung in Tanks, zur Positionsüberwachung von Hydraulikzylindern bei Cabriodächern oder bei Positioniersystemen für die Fahrgastzelle bei LKW's oder in Landmaschinen, zum Beispiel bei der Positionsüberwachung des Mähwerks oder bei Baumaschinen, zum Beispiel zur Bestimmung der Position des Baggerarms oder auch in medizinischen Implikationen, zum Beispiel zur Bestimmung der Positionierung von Krankenbetten oder zur Stößelpositionierung in Spritzenpumpen statt. Eine Verwendung kann auch im maritimen Bereich erfolgen, beispielsweise zur Bestimmung der Position von Hubtoren oder Schotts. Ebenso sind im automobilen Bereich Verwendungen bei der Bestimmung der Gas- und Bremspedalposition oder Sitzposition denkbar. Ebenso sind Anwendungen im Aufzugsbereich denkbar, beispielsweise zur Bestimmung der Kabine im Aufzugsschacht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Sensorzeile ermöglicht es auch, Sensorzeilen für Messaufgaben bereitzustellen, bei denen die Position eines relativ zur Sensorzeile beweglichen magnetischen Gebers relativ zur Sensorzeile über einen sehr langen Weg bestimmt werden muss, beispielsweise über mehr als einen halben Meter, oder sogar über einen Meter hinaus. Die maximale Länge von PCBA Elementen (Printer Circuit Board Assembly-Elementen) liegt üblicherweise bei 600 Millimetern. Dadurch wird die Länge des Messwegs bei herkömmlichen Sensorzeilen beschränkt. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Sensorzeile bietet hier den Vorteil, auch bei längeren Messaufgaben eingesetzt werden zu können.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf dem Trägermaterial zu jedem magnetfeldempfindlichen Sensor eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ein ASIC (Application Specific Integrated Circuit)) vorgesehen. Insbesondere bevorzugt ist der jeweilige magnetfeldempfindliche Sensor mit einem ASIC verbunden und die jeweiligen ASICs der jeweiligen magnetfeldempfindlichen Sensoren sind über die auf oder in dem Trägermaterial vorgesehene elektrische Verbindung mit einander verbunden. Der ASIC kann einen Aktivierungspin aufweisen, der eine Diagnose, bzw. Kalibrierung des Sensors erlaubt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer, lediglich Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellenden Zeichnung näher erläutert.
Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorratszeile in Form einer Vorratsrolle,
2 eine schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiels einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Sensorzeile,
3 den schematischen Aufbau eines magnetfeldempfindlichen Sensors und einer mit dem magnetfeldempfindlichen Sensor verbundenen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung, die auf dem Trägermaterial der erfindungsgemäßen Vorratszeile aufgebracht werden können und
4 eine schematische Darstellung der elektrischen Verbindung auf einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Sensorzeile.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorratszeile in Form einer Vorratsrolle. Diese weist ein streifenförmiges, flexibles Trägermaterial 1 auf, auf dem eine Vielzahl von magnetfeldempfindlichen Sensoren 2 angeordnet sind. Ferner ist auf oder in dem Trägermaterial eine (nicht dargestellte) elektrische Verbindung zwischen den Sensoren 2 auf dem Trägermaterial 1 vorgesehen. Die erfindungsgemäße Vorratszeile ist zum Teil zu einer Vorratsrolle 3 aufgerollt, wobei in der Darstellung der 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die erste Lage dargestellt ist (die magnetfeldempfindlichen Sensoren der ersten Lage angedeutet sind).
Durch die in 1 wiedergegebenen Scherensymbole wird verdeutlicht, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Sensorzeile mit mindestens magnetfeldempfindlichen Sensoren ein Abschnitt von der Vorratszeile 1 abgetrennt wird (beispielsweise an den mit dem Scherensymbolen markierten Stellen und der Abschnitt zur Herstellung der Sensorzeile verwendet wird.
Die 2 zeigt eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Sensorzeile. Die Sensorzeile weist magnetfeldempfindliche Sensoren 2 auf und eine auf den Trägermaterial 10 ausgeführte elektrische Verbindung 4 in Form eines SPI-Bus auf, mit dem die magnetfeldempfindlichen Sensoren 2 verbunden werden. Ferner weist die Sensorzeile einen Master 5 auf, der über eine Verbindung 6 an den SPI-Bus auf dem Trägermaterial angeschlossen ist.
In 2 ist ferner ein Magnet 7 dargestellt, der als magnetischer Geber eingesetzt wird. Wie der Doppelpfeil in 2 verdeutlicht, ist die Lage des Magneten 7 relativ zur Sensorzeile veränderbar. Die Sensorzeile kann dazu eingesetzt werden, die Position des Magneten 7 relativ zur Sensorzeile zu bestimmen.
Die 3 zeigt einen magnetfeldempfindlichen Sensor 2 und eine an den magnetfeldempfindlichen Sensor 2 angeschlossene anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) 8. Der magnetfeldempfindliche Sensor 2 und der ASIC 8 sind zu einem Baustein 9 zusammengefasst. Der Baustein 9 ist dazu vorgesehen, auf das flexible Trägermaterial 1 aufgebracht zu werden und mit der elektrischen Verbindung 4 verbunden zu werden. Hierzu weist der Baustein 9 die Anschlüsse VCC, GND, MISO, MOSI, CLK und CS auf (Vcc = Versorgung; GND = Masse; MISO = Master Input, Slave Out,; MOSI = Master Output, Slave In; CLK = Clock; CS = Chip Select)
Der ASIC weist insbesondere bevorzugt ein Analog Front End (AFE) auf, das insbesondere bevorzugt einen Programmable Gain Amplifier (PGA) und einen Analog Digital Wandler (ADC) aufweist. Ferner weist der ASIC eine serielle Schnittstelle auf (Serial Interface), einen nicht flüchtigen Speicher (Parameter Storage) zum Speicher von Kalibirierungswerten und eine Functional Control (State machine).
Die 4 zeigt in einer schematischen Darstellung den Aufbau der elektrischen Verbindung 4 einer Sensorzeile mit drei magnetfeldempfindlichen Sensoren 2. Jeder magnetfeldempfindliche Sensor 2 ist Teil einer Baugruppe 9, wie sie in 3 dargestellt ist. Die elektrische Verbindung 4 ist als Bus mit sechs Leitungen ausgeführt. Mit den sechs Leitungen ist die elektrische Verbindung 4 mit dem Master 5 verbunden. Der Master weist sechs Anschlüsse, nämlich die Anschlüsse VCC, GND, CLK, MISO, MOSI und CS auf. Die Anschlüsse VCC und GND des Masters 5 sind mit den Anschlüssen VCC und GND des ersten (linken) Bausteins 9 verbunden. Der Anschluss CLK des Masters 5 ist mit dem jeweiligen Anschluss CLK der drei Bausteine 9 verbunden. Der Anschluss CS des Masters 5 ist mit dem jeweiligen Anschluss CS des jeweiligen Bausteins 9 verbunden. Der Anschluss MISO des Masters 5 ist mit dem Anschluss MISO des ersten (linken) Bausteins 9 verbunden. Der Anschluss MOST des ersten (linken) Bausteins 9 ist mit dem Anschluss MISO des zweiten (mitteleren) Bausteins 9 verbunden. Der Anschluss MOST des zweiten (mittleren) Bausteins 9 ist mit dem Anschluss MISO des dritten (rechten) Bausteins 9 verbunden. Der Anschluss MOSI des dritten (rechten) Bausteins 9 ist mit dem Anschluss MOST des Masters 5 verbunden.
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

WO 2011/160796 A2 [0003]
WO 2015/165593 [0004]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Sensorzeile mit mindestens zwei magnetfeldempfindlichen Sensoren (2), dadurch gekennzeichnet, dass • ein Abschnitts von einer Vorratszeile (1) abgetrennt wird, wobei die Vorratszeile (1) ein Trägermaterial (10) aufweist, auf dem mindestens drei magnetfeldempfindliche Sensoren (2) in einer Zeile angeordnet sind und auf oder in dem Trägermaterial (10) eine elektrische Verbindung (4) zwischen den Sensoren (5) auf dem Trägermaterial (10) vorgesehen ist, und • der Abschnitt zur Herstellung der Sensorzeile verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Master (5) mit einem Ende des Abschnitts und/oder der auf oder in dem Trägermaterial (10) vorgesehenen elektrischen Verbindung (4) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Terminierung mit einem Ende des Abschnitts und/oder der auf oder in dem Trägermaterial (10) vorgesehenen elektrischen Verbindung (4) verbunden wird.
Vorratszeile (1) zum Einsatz in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch • ein flexibles Trägermaterial (10), auf dem mindestens drei magnetfeldempfindliche Sensoren (2) in einer Zeile angeordnet sind und das sich zu einer Rolle (3) aufrollen lässt, • eine auf oder in dem Trägermaterial (10) vorgesehene elektrische Verbindung (4) zwischen den Sensoren (2) auf dem Trägermaterial (10).
Vorratszeile nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Trägermaterial (10) mehr als 20 magnetfeldempfindliche Sensoren (2) in einer Zeile angeordnet sind.
Vorratszeile nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (2) in gleichmäßigen Abständen auf dem Trägermaterial (10) angeordnet sind.
Vorratszeile nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung (4) eine Busstruktur oder ein Teil einer elektrischen Busstruktur ist.
Vorratszeile nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem ersten magnetfeldempfindlichen Sensor (2) und einem zweiten magnetfeldempfindlichen Sensor (2) eine Anschlusszone vorgesehen ist, in der die die elektrische Verbindung (4) bildenden elektrischen Leitungen eine Lage relativ zueinander einnehmen, die bei einem Durchtrennen der Vorratszeile (1) in dieser Anschlusszone eine Anschlussgeometrie für einen Master (5) oder eine Terminierung bilden.
Vorratszeile nach einem der Ansprüche 4 bis 8, gekennzeichnet durch eine Klebestoffschicht, die auf der Rückseite der Vorratszeile (1) vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einer Vorratszeile (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 9 durchgeführt wird.
Sensorzeile mit mindestens zwei magnetfeldempfindlichen Sensoren (2), die mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder nach dem Verfahren nach Anspruch 10 hergestellt wurde.
Verwendung einer Sensorzeile mit mindestens zwei magnetfeldempfindlichen Sensoren (2), die mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder nach dem Verfahren nach Anspruch 10 hergestellt wurde zum Bestimmen der Position eines relativ zur Sensorzeile beweglichen magnetischen Gebers (7) relativ zur Sensorzeile.