DE102018202640A1

DE102018202640A1 - Sensoreinrichtung mit einem an einem Sensorrahmen angeordneten Sensorelement

Info

Publication number: DE102018202640A1
Application number: DE102018202640.8A
Authority: DE
Inventors: Ulf BARTHOLOMÄUS
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2019-06-27

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung 1 mit einem an einem Sensorrahmen 2 angeordneten Sensorelement 4 und mit einer mit dem Sensorelement 4 elektrisch verbundenen, auf einer Leiterplatte 6 angeordneten Messschaltung 8. Für eine Verbesserung einer Qualität von Sensorsignalen der Sensoreinrichtung wird vorgeschlagen, dass die Leiterplatte 6 innerhalb des Sensorrahmens 2 angeordnet und gefaltet ist, dass die Messschaltung 8 an einem ersten Leiterplattenende 12 der Leiterplatte 6 an einer einer Innenseite des Sensorrahmens 2 unmittelbar zugewandten Leiterplattenoberfläche 20 angeordnet ist und dass das zweite Leiterplattenende 14 der Leiterplatte 6 eine potentielle Störquelle 16 für die Messschaltung 8 aufweist, wobei die Faltung der Leiterplatte 6 zwischen dem ersten Leiterplattenende 12 und dem zweiten Leiterplattenende 14 angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung mit einem an einem Sensorrahmen angeordneten Sensorelement und mit einer mit dem Sensorelement elektrisch verbundenen, auf einer Leiterplatte angeordneten Messschaltung.
Eine vorgenannte Sensoreinrichtung ist bekannt von einem Sensorelemente aufweisenden Sensorrahmen zur Anbringung an einer Achse eines Landfahrzeugs. Die Sensorelemente sind mittels einer Kabelverbindung mit einer entfernt von dem Sensorrahmen angeordneten Auswerte- und Steuerelektronik verbunden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine verbesserte Qualität von Sensorsignalen aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art und dadurch gelöst, dass die Leiterplatte innerhalb des Sensorrahmens angeordnet und gefaltet ist, dass die Messschaltung an einem ersten Leiterplattenende der Leiterplatte an einer einer Innenseite des Sensorrahmens unmittelbar zugewandten Leiterplattenoberfläche angeordnet ist und dass das zweite Leiterplattenende der Leiterplatte eine potentielle Störquelle für die Messschaltung aufweist, wobei die Faltung der Leiterplatte zwischen dem ersten Leiterplattenende und dem zweiten Leiterplattenende angeordnet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ist die Messschaltung, die eine Auswerteelektronik für das Sensorelement umfasst, vorteilhaft innerhalb des Sensorrahmens angeordnet. Eine externe, grundsätzlich durch Störquellen beeinflussbare und daher durch aufwendige Abschirmung zu schützende Kabelverbindung zur Verbindung des Sensorelements mit der Messschaltung ist somit nicht erforderlich.
Einem grundsätzlich denkbaren Einfluss von innerhalb des Sensorrahmens angeordneten Störquellen auf die Messschaltung wird bei der Erfindung besonders vorteilhaft dadurch begegnet, dass die Leiterplatte gefaltet ist und die Messschaltung aufgrund ihrer erfindungsgemäßen, speziellen Anordnung auf der Leiterplatte von einer potentiellen Störquelle möglichst weit entfernt ist. Durch ein Ausschalten oder zumindest Minimieren eines Einflusses von möglichen Störquellen auf das Sensorsignal der Sensoreinrichtung kann die Signalqualität mit der Erfindung deutlich verbessert werden. Mit der Erfindung kann vorteilhaft eine gute Trennung von störenden Schaltungskomponenten, die potentielle Störquellen bilden, wie digitale Schaltungsteile, Mikroprozessoren, (Schalt-)Netzteile, digitale Schnittstellen, einerseits und einer Mess- und/oder Auswerteschaltung, insbesondere zur Messung kleiner und präziser Analogwerte, andererseits erreicht werden. Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung gewährleistet vorzugsweise eine Messung kleinster Spannungen über einen sehr großen Wertebereich mit einer sehr hohen Genauigkeit.
Es ist denkbar, für die Leiterplatte eine Mehrfachfaltung vorzusehen. Vorzugsweise ist die Leiterplatte jedoch einfach gefaltet, so dass sich eine U-förmige oder V-förmige Faltung der Leiterplatte ergibt.
Von besonderem Vorteil ist bei der Erfindung zudem der kompakte Aufbau der Sensoreinrichtung aufgrund der Anordnung der Leiterplatte mit der Messschaltung innerhalb des Sensorrahmens. Zudem sind Leiterplatte und Messschaltung damit auch besonders gut vor Umwelteinflüssen, insbesondere vor mechanischer Beschädigung, geschützt.
Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße spezielle Anordnung mit Leiterplatte, Messschaltung, Sensorrahmen und Sensorelement zur Messung kleiner analoger Signale. Die Sensoreinrichtung kann insbesondere eine Achslastsensoreinrichtung sein. Eine solche Achslastsensoreinrichtung ist zur Anbringung an einer Achse vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs vorgesehen und dient einer Messung der Achslast der Achse.
Zusätzliche vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die potentielle Störquelle einen Stromversorgungsanschluss der Leiterplatte und/oder einen Datenanschluss der Leiterplatte auf. Somit ist ein gegebenenfalls erforderlicher Stromversorgungsanschluss und/oder Datenanschluss der Leiterplatte derart angeordnet, dass von solchen Anschlüssen eventuell ausgehende Störeinflüsse auf die Messschaltung minimiert sind.
Es ist vorstellbar, das Sensorelement beispielsweise an einer Außenseite des Sensorrahmens anzuordnen. Hingegen ist einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung entsprechend das Sensorelement an einer Innenseite des Sensorrahmens angeordnet. Auf diese Weise wird ein besonders guter Schutz des Sensorelements vor Beschädigungen erreicht.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass das Sensorelement beispielsweise an einer Innenseitenfläche der Innenseite des Sensorrahmens angeordnet ist, welcher Innenseitenfläche die Leiterplattenoberfläche mit der Messschaltung unmittelbar zugewandt ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist jedoch das Sensorelement an einer Innenseitenfläche der Innenseite des Sensorrahmens angeordnet, welcher Innenseitenfläche die Faltung der Leiterplatte direkt zugewandt ist.
Eine besonders gute Schirmung der Messschaltung wird erreicht, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die der Messschaltung abgewandte Leiterplattenoberfläche des ersten Leiterplattenendes unbestückt ist. Dass die der Messschaltung abgewandte Leiterplattenoberfläche des ersten Leiterplattenendes unbestückt ist bedeutet, dass dieser Bereich der Leiterplattenoberfläche keine elektronischen Bauteile aufweist. Die der Messschaltung abgewandte Leiterplattenoberfläche bedeutet die - bezogen auf die Messschaltung - andere Seite der Leiterplatte an demselben, nämlich dem ersten, Leiterplattenende.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die der Messschaltung abgewandte Leiterplattenoberfläche zumindest im Bereich des ersten Leiterplattenendes eine durchgehende Schirmung auf. Damit wird eine zusätzlich verbesserte Schirmung der Messschaltung erreicht. Die durchgehende Schirmung kann beispielsweise eine flächige Schirmung sein. Die Schirmung kann mit der Versorgungsspannung, vorzugsweise aber mit Masse kontaktiert sein.
Einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gemäß weist der Sensorrahmen eine rechteckige Form auf. Damit wird nicht nur ein sehr kompakter Aufbau der Sensoreinrichtung erreicht, sondern diese ist auch besonders universell einsetzbar. Die rechteckige Form des Sensorrahmens kann insbesondere eine quadratische Form sein. Die rechteckige oder quadratische Form ist grundsätzlich nicht beschränkt auf eine solche Form mit scharfkantigen Ecken, sondern kann jeweils zum Beispiel auch abgerundete Ecken aufweisen. Dabei ist es auch denkbar, dass die Ecken eines Sensorrahmens unterschiedlich stark abgerundet sind.
Es ist beispielsweise denkbar, dass der Sensorrahmen aus einem Kunststoff besteht. Jedoch ist es für eine zusätzlich verbesserte Schirmung von besonderem Vorteil, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung der Sensorrahmen ein Metallrahmen ist. Der Sensorrahmen kann auf diese Weise ein schirmendes Gehäuse für die Leiterplatte mit den auf dieser angeordneten Bauteilen sowie gegebenenfalls auch für das Sensorelement bilden.
Grundsätzlich kann das Sensorelement beliebig ausgebildet sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Sensorelement einen Dehnungsmessstreifen auf. Damit kann die Sensoreinrichtung besonders zuverlässig ausgebildet sein und für eine hohe Betriebssicherheit erfordernde Kraftfahrzeuganwendungen eingesetzt werden.
Besonders vorteilhaft ist eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung zur Messung einer Achslast einer Achse eines Kraftfahrzeugs. Die Sensoreinrichtung ist dabei an der Achse des Kraftfahrzeugs angeordnet. Vorzugsweise kann die Sensoreinrichtung Bestandteil eines On-Board-Weighing-Systems (das heißt eines fahrzeugeigenen Wägesystems) des Kraftfahrzeugs sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten schematisierten, skizzenhaften Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

die einzige Figur eine Sensoreinrichtung mit einem Sensorelement.

In der einzigen Figur ist in schematisierter, skizzenhafter Darstellung eine Sensoreinrichtung 1 mit einem an einem Sensorrahmen 2 angeordneten Sensorelement 4 gezeigt. Der Sensorrahmen 2 ist in einem ersten Ausführungsbeispiel ein Metallrahmen.
Auf einer Leiterplatte 6 ist eine Messschaltung 8 angeordnet. Die Messschaltung 8 ist mit dem Sensorelement 4 elektrisch verbunden. Dazu ist das Sensorelement 4 mit der Leiterplatte 6 mittels einer Sensorleitung 10 verbunden. Die Messschaltung 8 weist eine Messelektronik für das Sensorelement 4 auf.
In der Figur ist zu erkennen, dass die Leiterplatte 6 innerhalb des Sensorrahmens 2, der hier eine quadratische Form aufweist, angeordnet ist. Die Form des Sensorrahmens 2 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel scharfkantige Ecken auf. Grundsätzlich könnten die Ecken der Form des Sensorrahmens 2 in einer anderen Variante aber beispielsweise auch abgerundet sein.
Die Leiterplatte 6 ist hier V-förmig gefaltet und weist ein erstes Leiterplattenende 12 mit der Messschaltung 8, ein zweites Leiterplattenende 14 mit einer potentiellen Störquelle 16 für (das heißt in Bezug auf) die Messschaltung 8 und einen Faltungsbereich 18 auf. Die potentielle Störquelle 16 weist einen Stromversorgungsanschluss 15 der Leiterplatte 6 und einen Datenanschluss 17 der Leiterplatte 6 auf.
Der Faltungsbereich 18, der die Faltung der Leiterplatte 6 aufweist, ist zwischen dem ersten Leiterplattenende 12 und dem zweiten Leiterplattenende 14 angeordnet. Ferner ist im Einzelnen die Messschaltung 8 an dem ersten Leiterplattenende 12 der Leiterplatte 6 an einer Leiterplattenoberfläche 20 angeordnet, welche Leiterplattenoberfläche 20 einer Innenseite des Sensorrahmens 2, und zwar einer ersten Innenseitenfläche 21 der Innenseite des Sensorrahmens 2, unmittelbar zugewandt ist. Somit ist die Messschaltung 8 in der Sensoreinrichtung 1 möglichst weit entfernt von der potentiellen Störquelle 16 angeordnet.
Zudem ist die Messschaltung 8 gegenüber der potentiellen Störquelle 16 durch die Leiterplatte 6 selbst zusätzlich geschirmt. Darüber hinaus weist die der Messschaltung 8 abgewandte Leiterplattenoberfläche 22 im Bereich des ersten Leiterplattenendes 12 eine ergänzende Schirmung 24 auf. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die der Messschaltung 8 abgewandte Leiterplattenoberfläche 22 des ersten Leiterplattenendes 12 unbestückt, das heißt sie weist keine elektronischen Bauteile auf.
Das Sensorelement 4, das einen Dehnungsmessstreifen aufweist, ist an einer Innenseite des Sensorrahmens 2 angeordnet. Dabei ist das Sensorelement 4 an einer zweiten Innenseitenfläche 26 der Innenseite des Sensorrahmens 2 angeordnet, welcher Innenseitenfläche 26 die Faltung der Leiterplatte 6 direkt zugewandt ist.
Darüber hinaus weist die Sensoreinrichtung 1 nach der einzigen Figur ein weiteres Sensorelement 28 auf, welches Sensorelement 28 einen Dehnungsmessstreifen aufweist und mittels einer weiteren Sensorleitung 30 mit der Leiterplatte 6 und der Messschaltung 8 verbunden ist. Das weitere Sensorelement 28 ist an der ersten Innenseitenfläche 21 der Innenseite des Sensorrahmens 2 angeordnet.
Die Sensoreinrichtung 1 kann, wie dargestellt, sowohl das Sensorelement 4 als auch das weitere Sensorelement 28 aufweisen. Es ist, in einem anderen Ausführungsbeispiel, aber auch möglich, dass mit dem weiteren Sensorelement 28 lediglich ein alternativer Anbringungsort für das (eine) Sensorelement 4 dargestellt wird, so dass die Sensoreinrichtung 1 entweder das Sensorelement 4 oder das weitere Sensorelement 28 aufweist.
Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass die Sensoreinrichtung 1 noch zusätzliche Sensorelemente aufweist, so dass beispielsweise auch an einer dritten Innenseitenfläche 32 und einer vierten Innenseitenfläche 34 des Sensorrahmens Sensorelemente angeordnet sind, die zum Beispiel Dehnungsmessstreifen aufweisen. In einer solchen Ausführungsform können beispielsweise insgesamt vier Sensorelemente vorgesehen sein, von denen jeweils ein Sensorelement an einer der vier Innenseitenflächen 21, 26, 32, 34 der Innenseite des Sensorrahmens 2 angeordnet ist.

Claims

Sensoreinrichtung (1) mit einem an einem Sensorrahmen (2) angeordneten Sensorelement (4) und mit einer mit dem Sensorelement (4) elektrisch verbundenen, auf einer Leiterplatte (6) angeordneten Messschaltung (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (6) innerhalb des Sensorrahmens (2) angeordnet und gefaltet ist, dass die Messschaltung (8) an einem ersten Leiterplattenende (12) der Leiterplatte (6) an einer einer Innenseite des Sensorrahmens (2) unmittelbar zugewandten Leiterplattenoberfläche (20) angeordnet ist und dass das zweite Leiterplattenende (14) der Leiterplatte (6) eine potentielle Störquelle (16) für die Messschaltung (8) aufweist, wobei die Faltung der Leiterplatte (6) zwischen dem ersten Leiterplattenende (12) und dem zweiten Leiterplattenende (14) angeordnet ist.
Sensoreinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die potentielle Störquelle (16) einen Stromversorgungsanschluss (15) der Leiterplatte (6) und/oder einen Datenanschluss (17) der Leiterplatte (6) aufweist.
Sensoreinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (4) an einer Innenseite des Sensorrahmens (2) angeordnet ist.
Sensoreinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (4) an einer Innenseitenfläche (26) der Innenseite des Sensorrahmens (2) angeordnet ist, welcher Innenseitenseitenfläche (26) die Faltung der Leiterplatte (6) direkt zugewandt ist.
Sensoreinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Messschaltung (8) abgewandte Leiterplattenoberfläche (22) des ersten Leiterplattenendes (12) unbestückt ist.
Sensoreinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Messschaltung (8) abgewandte Leiterplattenoberfläche (22) zumindest im Bereich des ersten Leiterplattenendes (12) eine durchgehende Schirmung (24) aufweist.
Sensoreinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorrahmen (2) eine rechteckige Form aufweist.
Sensoreinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorrahmen (2) ein Metallrahmen ist.
Sensoreinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (4) einen Dehnungsmessstreifen aufweist.
Verwendung einer Sensoreinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Messung einer Achslast einer Achse eines Kraftfahrzeugs.