DE102018122940A1

DE102018122940A1 - Sensoranordnung zur Messung der Temperatur einer Scheibe

Info

Publication number: DE102018122940A1
Application number: DE102018122940.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Niemann; Torsten EGGERS; Olaf Herrmann; Eduard Desch
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2020-03-19
Also published as: CN110926650A; US20200088590A1; US11536617B2

Abstract

Bei einer Sensoranordnung zur Messung der Temperatur einer Scheibe ist vorgesehen, dass die Sensoranordnung einen Schaltungsträger mit einem darauf angeordneten Temperatursensor aufweist, wobei der Schaltungsträger und der Temperatursensor in einem Gehäuse angeordnet sind und ein elektrischer Anschluss und ein Wärmeleitelement aus dem Gehäuse herausgeführt sind, dass das Wärmeleitelement als starrer Stift ausgebildet ist, dass der starre Stift eine thermische Verbindung und eine mechanische Verbindung mit dem Schaltungsträger hat, dass der starre Stift dazu vorgesehen und ausgebildet ist, einen thermischen Kontakt mit der Scheibe herzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Messung der Temperatur einer Scheibe, wobei die Sensoranordnung einen Schaltungsträger mit einem darauf angeordneten Temperatursensor aufweist, wobei der Schaltungsträger und der Temperatursensor in einem Gehäuse angeordnet sind und ein elektrischer Anschluss und ein Wärmeleitelement aus dem Gehäuse herausgeführt sind.
Gattungsgemäße Sensoranordnungen sind aus der DE 10 2010 026 563 A1 und der DE 10 2006 060 548 A1 bekannt. Dort wird jeweils eine Flex-Leiterplatte aus dem Gehäuse herausgeführt und in Kontakt mit einer Windschutzscheibe gebracht. Die Flex-Leiterplatte dient daher als Wärmeleitelement. Unmittelbar auf der Flex-Leiterplatte ist dann ein Temperatursensor angeordnet, mit dem die Temperatur der Windschutzscheibe festgestellt werden kann.
Eine weitere Sensoranordnung mit einem flexiblen Wärmeleitelement ist aus der DE 10 2005 038 466 B4 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sensoranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die besonders günstig herstellbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Sensoranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei einer Sensoranordnung zur Messung der Temperatur einer Scheibe, wobei die Sensoranordnung einen Schaltungsträger mit einem darauf angeordneten Temperatursensor aufweist, wobei der Schaltungsträger und der Temperatursensor in einem Gehäuse angeordnet sind und ein elektrischer Anschluss und ein Wärmeleitelement aus dem Gehäuse herausgeführt sind, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass das Wärmeleitelement als starrer Stift ausgebildet ist, dass der starre Stift eine thermische Verbindung und eine mechanische Verbindung mit dem Schaltungsträger hat und dass der starre Stift dazu vorgesehen und ausgebildet ist, einen thermischen Kontakt mit der Scheibe auszubilden. Dieser Kontakt kann dabei entweder direkt oder indirekt, also direkt oder über Verbindungselemente hergestellt sein. Insgesamt ist mit einer solchen Sensoranordnung eine besonders einfache und gute Sensoranordnung geschaffen, mit der insbesondere auch der Einsatz einer Flex-Leiterplatte vermieden und die Bauform dadurch deutlich vereinfacht wird.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der starre Stift Teil des elektrischen Anschlusses der Sensoranordnung. Dadurch kann dieser starre Stift zwei Funktionen ausüben, nämlich einen elektrischen Kontakt bereitzustellen und gleichzeitig einen Wärmeleitkontakt bereitzustellen. Dadurch wird die Sensoranordnung besonders vereinfacht und kostengünstig herstellbar.
Besonders bevorzugt ist eine Lage des Schaltungsträgers als thermisches Leitblech ausgebildet. Der Schaltungsträger ist insbesondere auch eine Leiterplatte mit mehreren Lagen. Besonders bevorzugt ist das thermische Leitblech vom Temperatursensor aus gesehen die zweite Lage. Der Temperatursensor ist dabei bevorzugt scheibenseitig angeordnet, so dass das thermische Leitblech auch von der Windschutzscheibe aus gesehen die zweite Lage ist. Das thermische Leitblech ist im Vergleich zu den anderen Lagen des Schaltungsträgers oder der Leiterplatte verdickt und/oder mit weniger Durchbrechungen und Unterbrechungen ausgebildet, so dass hier ein besonders guter thermischer Wärmetransport erfolgen kann. Demgegenüber ist die erste oder unterste Lage des Schaltungsträgers über die primär die elektrische Verbindung zu den auf dem Schaltungsträger angeordneten Sensoren erfolgt, filigraner und mit mehr Unterbrechungen und elektrischen Kontaktmöglichkeiten ausgestattet, so dass diese Lage primär der elektrischen Kontaktierung dient.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Sensoranordnung zusätzlich einen Sensor zur Messung der Innenfeuchte und einen Sensor zur Messung der Innentemperatur auf. Aus der Messung dieser dann insgesamt drei Werte, nämlich der Messung der Innenfeuchte, der Messung der Innentemperatur und der Messung der Scheibentemperatur kann der Abstand zwischen dem Taupunkt der Scheibe und der Innenraumtemperatur berechnet und damit die Beschlagsneigung der Windschutzscheibe berechnet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Sensoranordnung in eine optoelektronische Regensensoreinheit für Kraftfahrzeuge integriert. Dabei sind zusätzlich optische Sensoren vorgesehen, über die eine Reflektion an der Windschutzscheibe durchgeführt und ausgewertet werden kann und daraufhin ausgewertet wird, ob das auf die Windschutzscheibe eingestrahlte Licht vollständig oder nur teilweise reflektiert wird. Das Reflektionsverhalten hängt davon ab, ob auf der Windschutzscheibe Wassertropfen vorhanden sind. Dadurch kann ein Regensensor realisiert werden.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der starre Stift thermisch mit einem Flächenelement verbunden, das einen größeren thermischen Kontakt mit der Scheibe herstellt als der starre Stift selbst. Dies ist eine indirekte thermische Kontaktierung des starren Stifts mit der Windschutzscheibe, die ebenfalls im Rahmen der Erfindung möglich ist. Bevorzugt ist dabei das Flächenelement Bestandteil des elektrischen Anschlusses und insbesondere Bestandteil eines Steckerelementes.
In einer anderen Weiterentwicklung der Erfindung ist der Temperatursensor mit einem thermisch leitfähigen, aber elektrisch isolierendem Material mit dem thermischen Leitblech verbunden. Dadurch wird eine besonders gute thermische Verbindung vom Temperatursensor zu dem thermischen Leitblech erreicht. Der thermische Kontakt zwischen dem Stift und der Leiterplatte ist bevorzugt aus der Metallisierung des Bohrlochs hergestellt.
In einer anderen Weiterentwicklung erfolgt der thermische Kontakt mit der Scheibe im Bereich einer Schwarzfolie. Diese wird häufig im Zusammenhang mit derartigen Sensoranordnungen verwendet und verdeckt optisch bevorzugt die Sensoren und Kontaktierungen an der Windschutzscheibe.
Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine Ankopplung durch den starren Stift selbst oder durch das Flächenelement an die Scheibe und dadurch eine schnelle und genaue Temperaturerfassung erreicht. Das Einpressen des starren Stifts in die Lagen des Schaltungsträgers ermöglicht eine schnelle und genaue Temperaturerfassung. Die nur dünne Kunststoffschicht zwischen den Lagen des Schaltungsträgers und den Lötstellen des Temperatursensors verursachen nur einen kleinen statisch/thermischen Messfehler. Dadurch, dass der thermische Kontakt zwischen dem starren Stift und dem Schaltungsträger aus der Metallisierung des Bohrlochs hergestellt werden kann, ist dies besonders einfach möglich. Es wird kein zusätzliches Bauteil erforderlich.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:

1: eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung;
2: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung mit Darstellung der Verbindung des elektrischen Kontaktes zu einem Steckerkorb.

In 1 ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 dargestellt. In einem Gehäuse 4 ist ein Schaltungsträger 2, der typischerweise eine Leiterplatte ist, aufgenommen. Der Schaltungsträger 2 weist mehrere metallische Lagen 7, 8 und dazwischen befindliche Isolationsschichten auf. Das Gehäuse 4 ist benachbart zu einer Scheibe 10, insbesondere einer Windschutzscheibe, angeordnet. Aus dem Gehäuse 4 ist ein elektrischer Anschluss 5 und ein Wärmeleitelement herausgeführt, das hier als starrer Stift 6 ausgebildet ist. Der starre Stift 6 bildet einen thermischen Kontakt 11 mit der Scheibe 10 aus. Der starre Stift 6 ist in das Gehäuse 4, das insbesondere ein Kunststoffgehäuse ist, eingepresst und in der Leiterplatte 2 ist bevorzugt eine entsprechend vorbereitete metallisierte Bohrung 15 vorhanden, in die der starre Stift 6 eingepresst wird, so dass dadurch eine elektrische und thermische Kontaktierung des starren Stifts 6 zu den verschiedenen Lagen 7, 8 des Schaltungsträgers 2 erfolgt. Die Lage 8, die von der Scheibe 10 abgewandt ist und auch von einem auf dem Schaltungsträger 2 angeordneten Temperatursensor 3 abgewandt oder weiter entfernt dazu ist, ist als thermisches Leitblech 9 ausgebildet. Das thermische Leitblech 9 ist eine Lage des Schaltungsträgers 2, die verdickt und/oder mit weniger Unterbrechungen ausgebildet ist, so dass eine besonders gute thermische Leitfähigkeit gegeben ist. Dadurch wird die über den starren Stift 6 aufgenommene Temperatur in den Bereich des Temperatursensors 3 transportiert und der Temperatursensor 3 kann die Temperatur der Scheibe 10 besonders schnell und genau detektieren. Ergänzend kann hier auch eine elektrisch isolierende, jedoch thermisch leitfähige Masse eingebracht werden, mit der der Temperatursensor 3 mit dem thermischen Leitblech 9 verbunden wird. Weiterhin ist in dem Gehäuse 4 ein Sensor zur Messung der Innenfeuchte 12 vorgesehen, der elektrisch ebenfalls über die erste Lage 7 des Schaltungsträgers 2 kontaktiert ist. Das Sensorelement 3 ist ebenfalls mit der ersten Lage 7 des Schaltungsträgers 2 elektrisch verbunden und wird über dieses gesteuert. Es kann sich dabei um ein zweipoliges Temperaturmesselement oder ein dreipoliges Temperaturmesselement handeln, wobei dann ein Anschluss ein separater thermischer Anschluss ist.
In 2 ist eine Gesamtanordnung mit einem äußeren Gehäuse 17 dargestellt, in dem die Sensoranordnung 1 mit dem Schaltungsträger 2 aufgenommen ist. Der starre Stift 6 ist hier mit einem Flächenelement 13 verbunden, das an der Außenseite des äußeren Gehäuses 17 in Kontakt mit der Scheibe 10 ist. Dadurch ist hier eine besonders gute thermische Kontaktierung ermöglicht. Das Flächenelement 13 ist Bestandteil des elektrischen Anschlusses 5, der bis in einen Steckerkorb 18 des äußeren Gehäuses 17 reicht. Dort erfolgt über diesen elektrischen Anschluss 5 auch gleichzeitig die elektrische Verbindung über den starren Stift 6 zu dem Schaltungsträger 2.
Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
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

DE 102010026563 A1 [0002]
DE 102006060548 A1 [0002]
DE 102005038466 B4 [0003]

Claims

Sensoranordnung (1) zur Messung der Temperatur einer Scheibe (10), wobei die Sensoranordnung (1) einen Schaltungsträger (2) mit einem darauf angeordneten Temperatursensor (3) aufweist, wobei der Schaltungsträger (2) und der Temperatursensor (3) in einem Gehäuse (4) angeordnet sind und ein elektrischer Anschluss (5) und ein Wärmeleitelement aus dem Gehäuse (4) herausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement als starrer Stift (6) ausgebildet ist, dass der starre Stift (6) eine thermische Verbindung und eine mechanische Verbindung mit dem Schaltungsträger (2) hat, dass der starre Stift (6) dazu vorgesehen und ausgebildet ist, einen thermischen Kontakt (11) mit der Scheibe (10) herzustellen.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der starre Stift (6) Teil des elektrischen Anschlusses (5) der Sensoranordnung (1) ist.
Sensoranordnung nach einem der der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte mindestens zwei Lagen (7, 8) aufweist und eine Lage (8) als thermisches Leitblech (9) ausgebildet ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Leitblech (9) vom Temperatursensor (3) aus gesehen die zweite Lage ist.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (1) einen Sensor zur Messung der Innenfeuchte (12) und einen Sensor zur Messung der Innentemperatur aufweist.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (1) in eine optoelektronische Regensensoreinheit für Kraftfahrzeuge integriert ist.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der starre Stift (6) thermisch mit einem Flächenelement (13) verbunden ist, das einen größeren thermischen Kontakt mit der Scheibe (10) herstellt als der starre Stift (6) selbst.
Sensoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (13) Bestandteil des elektrischen Anschlusses (5) ist.
Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (3) mit einem thermisch leitfähigen, aber elektrisch isolierenden Material mit dem thermischen Leitblech (9) verbunden ist.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Kontakt zwischen dem Stift (6) und der Leiterplatte (2) aus der Metallisierung des Bohrlochs (15) hergestellt ist.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Kontakt mit der Scheibe (10) im Bereich einer Schwarzfolie erfolgt.