DE102019203825A1

DE102019203825A1 - Winkelerfassungseinrichtung

Info

Publication number: DE102019203825A1
Application number: DE102019203825.5A
Authority: DE
Inventors: Werner Wallrafen
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2020-09-24
Anticipated expiration: 2039-03-21
Also published as: DE102019203825B4

Abstract

Es wird eine Winkelerfassungseinrichtung, insbesondere für eine Kraftstoff-Füllstand-Erfassungseinrichtung, vorgeschlagen, umfassend: einen Träger (10); einen Deckel (20), der mit dem Träger (10) mittels wenigstens einer Löt- oder Klebeverbindungsschicht (30) verbunden ist; und einen Sensor (40; 41) zur berührungslosen Erfassung einer Orientierung eines Magnetfeldes eines Magneten (100), wobei der Sensor (40; 41) in einem Innenraum (50), der durch den Träger (10) und den Deckel (20) definiert ist, insbesondere auf dem Träger (10), angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Winkelerfassungseinrichtung, eine Winkelerfassungsanordnung und eine Kraftstoff-Füllstand-Erfassungseinrichtung mit der Winkelerfassungseinrichtung sowie Verfahren zur Erfassung eines Winkels mittels der Winkelerfassungseinrichtung, insbesondere -anordnung, zur Erfassung einer Kraftstoff-Füllstandshöhe mittels der Kraftstoff-Füllstand-Erfassungseinrichtung, sowie zur Herstellung der Winkelerfassungseinrichtung.
Aus der DE 196 48 539 C2 ist ein passiver magnetischer Positionssensor mit einer Kontaktstruktur bekannt, die unter Einwirkung einer Magneteinrichtung auslenkbar ist.
Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue, vorzugsweise verbesserte, Winkelerfassungseinrichtung bzw. -anordnung, insbesondere eine Kraftstoff-Füllstand-Erfassungseinrichtung, zur Verfügung zu stellen und/oder deren Herstellung und/oder Funktion zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Winkelerfassungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 9 - 12 stellen eine Winkelerfassungsanordnung bzw. Kraftstoff-Füllstand-Erfassungseinrichtung mit einer hier beschriebenen Winkelerfassungseinrichtung bzw. ein Verfahren zur Erfassung eines Winkels mittels einer hier beschriebenen Winkelerfassungseinrichtung, insbesondere -anordnung, insbesondere zur Erfassung einer Kraftstoff-Füllstandshöhe mittels einer hier beschriebenen Kraftstoff-Füllstand-Erfassungseinrichtung, bzw. zur Herstellung einer hier beschriebenen Winkelerfassungseinrichtung unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist eine Winkelerfassungseinrichtung einen Träger, einen Deckel, der mit dem Träger mittels einer oder mehrerer, in einer Ausführung ringartigen, Lötverbindungsschichten oder einer oder mehrerer, in einer Ausführung ringartigen, Klebeverbindungsschichten verbunden ist bzw. wird, und einen Sensor auf, der berührungslos eine Orientierung eines Magnetfeldes eines Magneten erfasst bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist bzw. verwendet wird.
Der Sensor ist in einer Ausführung ein Hall-(Effekt-)Sensor, insbesondere ein 2D-Vertikal-Hall-Sensor oder 2D-Lateral-Hall-Sensor, insbesondere ein Differential- oder Triaxial-Sensor, ein xMR-Sensor, insbesondere ein AMR-, GMR oder TMR-Sensor, ein Magnetsättigungssensor oder dergleichen.
Durch einen berührungslos erfassenden Sensor kann in einer Ausführung, insbesondere im Vergleich zu der aus der DE 196 48 539 C2 bekannten Kontaktstruktur, ein Verschleiß reduziert und so in einer Ausführung eine Zuverlässigkeit, Präzision und/oder Lebensdauer verbessert werden.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist bzw. wird der Sensor in einem Innenraum, der vollständig oder teilweise durch den Träger und den damit verbundenen Deckel definiert ist, in einer Ausführung auf dem Träger, in einer Weiterbildung innerhalb der ringartigen Löt- bzw. Klebeverbindungsschicht, angeordnet, in einer Ausführung stoffschlüssig, in einer Weiterbildung mittels Löten und/oder Nacktchipmontage („Chip-on-Board“-Technologie, COB).
Hierdurch kann der Sensor in einer Ausführung vorteilhaft vor Umwelteinflüssen geschützt werden. Durch die Löt- bzw. Klebeverbindungsschicht(en) sind bzw. werden in einer Ausführung Träger und Deckel dicht, in einer Ausführung luft- und/oder flüssig-, insbesondere wasser-, benzin- und/oder dieseldicht, miteinander verbunden, wodurch der Sensor vorteilhaft(er) vor Umwelteinflüssen geschützt werden kann.
Insbesondere hierzu ist die Löt- bzw. Klebeverbindungsschicht in einer Ausführung (jeweils) kraftstoff-, insbesondere benzin- und/oder dieselbeständig. Die bzw. wenigstens eine der Lötverbindungsschicht(en) weist in einer Ausführung, insbesondere hierzu, eine Metall-, insbesondere Zinn- und/oder Silberlegierung, und/oder Glas, insbesondere Glaslot, auf, sie kann insbesondere hieraus bestehen.
In einer Ausführung ist bzw. wird ein Außenrand der bzw. wenigstens einer der Löt- bzw. Klebeverbindungsschicht(en) von einem Außenrand des Trägers wenigstens 1 mm und höchstens 15 mm, insbesondere höchstens 10 mm, entfernt angeordnet.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Dichtheit und/oder Herstellung der Winkelerfassungseinrichtung verbessert werden, insbesondere im Vergleich zu einer Randverlötung und insbesondere Randverschweißung. In einer Ausführung kann hierdurch vorteilhaft eine Nutzenfertigung realisiert werden, bei der zunächst eine (Gesamt)Trägerplatte mit mehreren Sensoren und Deckeln bestückt und anschließend in Träger für die einzelnen Winkelsensoren geteilt wird.
In einer Ausführung weist die Winkelerfassungseinrichtung eine oder mehrere, vorzugsweise zwei oder drei, Leiterbahnen auf, die (jeweils), in einer Ausführung stoffschlüssig, an, insbesondere auf und/oder in, dem Träger angeordnet sind bzw. werden und in einer Ausführung zur elektrischen Signalübertragung bzw. als elektrische Leiterbahnen vorgesehen, insbesondere eingerichtet sind bzw. verwendet werden. Der Träger kann somit insbesondere ein Substrat aufweisen, insbesondere sein, an, insbesondere auf, dem die Leiterbahn(en) angeordnet ist/sind bzw. wird/werden, in einer Ausführung zusammen mit der bzw. den Leiterbahn(en) als Schaltungsträger bzw. Leiterplatte ausgebildet sein.
Hierdurch kann die Winkelerfassungseinrichtung in einer Ausführung kompakt(er) und/oder zuverlässig(er) ausgebildet und/oder einfach(er) hergestellt werden.
In einer Ausführung ist bzw. wird der Sensor, insbesondere stoffschlüssig, wenigstens teilweise auf der bzw. einer oder mehrerer der Leiterbahn(en) angeordnet bzw. überdeckt diese in einer Ausführung (jeweils) wenigstens teilweise. Hierdurch kann in einer Ausführung seine, insbesondere stoffschlüssige, Befestigung verbessert werden.
In einer Ausführung sind bzw. werden die bzw. eine oder mehrere der Leiterbahn(en jeweils) ganz bzw. vollständig oder (nur) teilweise in dem Innenraum angeordnet.
In einer Weiterbildung sind bzw. werden die bzw. eine oder mehrere der Leiterbahn(en) zwischen dem Träger und dem Deckel, in einer Ausführung durch eine elektrische Isolierung und/oder Klebeverbindungsschicht zwischen Träger und Deckel, aus dem Innenraum herausgeführt, wobei diese elektrische Isolierung bzw. Klebeverbindungsschicht die Leiterbahn(en) in einer Ausführung wenigstens lokal abdeckt.
Hierdurch können in einer Ausführung die Dichtheit und/oder Herstellung der Winkelerfassungseinrichtung (weiter) verbessert, in einer Ausführung den Träger durchgreifende Durchgangsöffnungen im Innenraum vermieden werden, die die (dauerhafte) Dichtheit des Innenraums beeinträchtigen und/oder aufwändig(er) hergestellt und/oder abgedichtet werden müssen.
Zusätzlich oder alternativ sind bzw. werden die bzw. eine oder mehrere der Leiterbahn(en jeweils) mit einer elektrischen Durchführung, in einer Ausführung einer Durchkontaktierung („DuKo“), verbunden, die den Träger oder den Deckel ganz bzw. vollständig oder (nur) teilweise durchgreift und in einer Ausführung mit einer weiteren Leiterbahn verbunden ist bzw. wird, die in einer Ausführung, insbesondere stoffschlüssig, auf einer deckelabgewandten Oberfläche des Trägers angeordnet ist bzw. wird.
In einer Ausführung weisen die bzw. eine oder mehrere der Durchführung(en) bzw. -kontaktierung(en jeweils) eine Durchgangspassage im Träger bzw. Deckel auf, die diesen durchgreift, wobei die Durchgangspassage elektrisch leitend gefüllt oder ihre (Innen)Wandung elektrisch leitend beschichtet ist, so dass die damit verbundene, wenigstens teilweise im Innenraum angeordnete Leiterbahn in einer Ausführung von einer deckelabgewandeten Seite des Trägers aus über die Durchführung bzw. -kontaktierung elektrisch versorgt und/oder abgegriffen werden kann.
In einer Ausführung sind die bzw. eine oder mehrere der Durchführung(en) bzw. -kontaktierung(en jeweils) luft- und/oder flüssig-, insbesondere wasser-, benzin- und/oder dieseldicht, verschlossen bzw. abgedichtet, in einer Ausführung stoffschlüssig, insbesondere durch Löten, in einer Ausführung metallisches oder Glaslöten, oder Kleben.
In einer Ausführung ist ein Ende der bzw. einer oder mehrerer der Durchführungen jeweils) im Innenraum angeordnet. In einer Ausführung sind beide Enden der bzw. einer oder mehrerer der Durchführungen jeweils) außerhalb des Innenraums angeordnet.
Hierdurch kann in einer Ausführung jeweils, insbesondere in Kombination von zwei oder mehr dieser Merkmale, die Signalübertragung aus dem Innenraum einfach(er), kompakt(er) und/oder zuverlässig(er) realisiert werden.
In einer Ausführung sind bzw. werden somit die bzw. eine oder mehrere der Leiterbahn(en), die ganz bzw. vollständig im Innenraum angeordnet sind, (jeweils) mit einer (der) Durchführungen verbunden, deren eines Ende ebenfalls im Innenraum angeordnet ist, insbesondere mit diesem Ende, wobei in einer Ausführung das andere Ende dieser Durchführung mit einer weiteren Leiterbahn auf einer deckelabgewandten Oberfläche des Trägers verbunden sein bzw. werden kann.
Zusätzlich oder alternativ sind bzw. werden in einer Ausführung die bzw. eine oder mehrere der Leiterbahn(en), die zwischen Träger und Deckel aus dem Innenraum herausgeführt sind, (jeweils) mit einer (der) Durchführungen verbunden, deren beide Enden außerhalb des Innenraum angeordnet sind, insbesondere mit einem dieser Enden, wobei in einer Ausführung das andere Ende dieser Durchführung mit einer weiteren Leiterbahn auf einer deckelabgewandten Oberfläche des Trägers verbunden sein bzw. werden kann.
In einer Ausführung sind bzw. werden die bzw. eine oder mehrere der Leiterbahn(en), insbesondere also die bzw. eine oder mehrere der Leiterbahn(en), die zwischen dem Träger und dem Deckel aus dem Innenraum herausgeführt sind oder die bzw. eine oder mehrere der, insbesondere ganz im Innenraum angeordnete(n), Leiterbahn(en), die mit einer (der) elektrischen Durchführung(en), die den Träger oder Deckel durchgreift, verbunden sind, (jeweils), in einer Ausführung über wenigstens eine weitere Leiterbahn, mit einem (elektrischen) Anschluss verbunden, der in einer Ausführung auf einer deckelzugewandten Seite des Trägers angeordnet ist, in einer anderen Ausführung auf einer deckelabgewandten Seite des Trägers. An dem Anschluss kann in einer Ausführung eine Leitung befestigt sein bzw. werden, in einer Ausführung stoffschlüssig, insbesondere durch Löten, oder reibschlüssig, insbesondere mittels einer Klammer.
Durch einen deckelseitigen Anschluss kann in einer Ausführung die Winkelerfassungseinrichtung kompakt(er) ausgebildet werden, durch einen deckelabgewandten Anschluss in einer Ausführung die deckelabgewandte Oberfläche des Trägers besser bzw. mit genutzt werden.
In einer Ausführung weist die Winkelerfassungseinrichtung eine Auswerteschaltung auf, die in dem Innenraum, insbesondere, in einer Ausführung stoffschlüssig, auf dem Träger, angeordnet ist bzw. wird, in einer Ausführung mittels Nacktchipmontage (COB), und/oder Signale des Sensors auswertet, insbesondere verarbeitet, bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist bzw. verwendet wird.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Auswertung bzw. Verarbeitung von Signalen des Sensors wenigstens teilweise durch die Winkelerfassungseinrichtung selber realisiert und damit in einer Ausführung die Anbindung und/oder der Einsatz der Winkelerfassungseinrichtung verbessert werden.
In einer Weiterbildung ist die Auswerteschaltung, in einer Ausführung über die bzw. eine oder mehrere der Leiterbahn(en), programmiert bzw. sind Auswerteschaltung und gegebenenfalls Leiterbahn(en) hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet bzw. werden hierzu verwendet. Insbesondere kann eine, in einer Ausführung veränderliche, Kennlinie für den Sensor in der Auswerteschaltung abgespeichert und/oder über die bzw. eine oder mehrere der Leiterbahn(en) vorgegeben, insbesondere verändert, werden bzw. sein.
Hierdurch kann die Winkelerfassungseinrichtung in einer Ausführung vorteilhaft in situ (erst- oder nach)justiert werden.
Zusätzlich oder alternativ ist die Auswerteschaltung in einer Ausführung als Nacktchip („bare die“) ausgebildet.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Herstellung (weiter) verbessert und/oder die Winkelerfassungseinrichtung kompakt(er) ausgebildet werden.
Zusätzlich oder alternativ ist die Auswerteschaltung in einer Ausführung als integrierte Schaltung mit dem Sensor ausgebildet bzw. mit dem Sensor zu einer integrierten Schaltung zusammengefasst.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Herstellung (weiter) verbessert und/oder die Winkelerfassungseinrichtung kompakt(er) ausgebildet werden.
In einer alternativen Ausführung ist die Auswerteschaltung von dem Sensor separat ausgebildet, insbesondere Auswerteschaltung und Sensor, in einer Ausführung auf dem Träger, einzeln und/oder voneinander beabstandet angeordnet.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Herstellung unterschiedlicher Winkelerfassungseinrichtungen vereinfacht werden.
In einer Ausführung weist die Winkelerfassungseinrichtung ein oder mehrere elektrische Bausteine, insbesondere Kondensator(en) oder dergleichen, auf, die in dem Innenraum, in einer Ausführung auf dem Träger und/oder stoffschlüssig, angeordnet, und mit dem Sensor und/oder der Auswerteschaltung, insbesondere über die bzw. eine oder mehrere der Leiterbahn(en), elektrisch verbunden sind bzw. werden.
Hierdurch können in einer Ausführung eine Signalfilterung und/oder ein, insbesondere elektrischer, Schutz, insbesondere Störspannungs- oder Überlastungsschutz, vorteilhaft realisiert werden.
In einer Ausführung sind bzw. werden der Sensor, die Auswerteschaltung und/oder der bzw. einer oder mehrere der elektrischen Bausteine (jeweils), in einer Ausführung mit Kontakten und/oder Leitungen, insbesondere Bond-Drähten oder dergleichen, mit der bzw. einer oder mehrerer der Leiterbahn(en) verbunden.
In einer Ausführung werden der Sensor, die Auswerteschaltung und/oder der bzw. einer oder mehrere der elektrischen Bausteine über die bzw. eine oder mehrere der Leiterbahn(en) elektrisch versorgt und/oder abgegriffen und/oder, insbesondere elektrische, Signale von dem Sensor, der Auswerteschaltung und/oder dem bzw. einem oder mehreren der elektrischen Bausteine und/oder, insbesondere elektrische, Signale an den Sensor, die Auswerteschaltung und/oder den bzw. einen oder mehreren der elektrischen Bausteine über die bzw. eine oder mehrere der Leiterbahn(en) übertragen bzw. die Leiterbahn(en) hierzu verwendet bzw. ist/sind diese Leiterbahn(en) hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Herstellung und/oder elektrische Anbindung (weiter) verbessert werden.
In einer Ausführung weist der Träger einen oder mehrere elektrisch isolierende Oberflächenbereiche auf, in einer Weiterbildung einen ein- oder mehrschichtigen Grundkörper bzw. ein ein- oder mehrschichtiges Substrat aus elektrisch isolierendem Material.
Dadurch können in einer Ausführung die Leiterbahnen vorteilhaft realisiert bzw. elektrisch voneinander isoliert werden.
In einer Ausführung weist der Deckel Metall und/oder einen nichtferromagnetischen Werkstoff wie beispielsweise Keramik, Kunststoff oder dergleichen auf, er kann insbesondere vollständig aus Metall bestehen oder in einer alternativen Ausführung an einem mit der Verbindungsschicht verbundenen Rand eines Grundkörpers, der in einer Ausführung aus nichtferromagnetischem Werkstoff besteht, mit Metall beschichtet sein.
Metalldeckel bzw. Deckel mit metallisierten Rändern können in einer Ausführung besonders vorteilhaft verlötet werden. Bei Deckeln, die wenigstens teilweise aus nichtferromagnetischem Werkstoff bestehen, kann der vom Sensor erfasste Magnet vorteilhaft deckelseitig angeordnet sein bzw. werden.
In einer Ausführung weist der Deckel eine Vertiefung auf, in der der Sensor wenigstens teilweise aufgenommen ist. Insbesondere kann der Deckel topfartig ausgebildet sein bzw. werden.
Hierdurch kann in einer Ausführung der Sensor geschützt und/oder die Winkelerfassungseinrichtung kompakt(er) ausgebildet werden.
In einer Ausführung ist bzw. wird der Innenraum vollständig oder teilweise mit Gas und/oder einem elastischen Füllstoff gefüllt oder evakuiert.
Hierdurch können in einer Ausführung der Sensor, die Auswerteschaltung und/oder der bzw. die elektrischen Bausteine vorteilhaft geschützt werden.
In einer Ausführung ist bzw. wird zwischen dem Träger und dem Deckel wenigstens eine, in einer Ausführung ringartige, elektrische Isolierung angeordnet, die in einer Ausführung die bzw. eine oder mehrere der Leiterbahn(en) wenigstens teilweise abdeckt und/oder stoffschlüssig auf dem Träger oder Deckel angeordnet ist bzw. wird. Zusätzlich oder alternativ ist bzw. wird zwischen dem Träger und dem Deckel, in einer Ausführung auf dem Träger oder dieser elektrischen Isolierung und/oder stoffschlüssig, wenigstens eine, in einer Ausführung metallische und/oder ringartige, Befestigungsschicht angeordnet, auf der die bzw. wenigstens eine der Löt- bzw. Klebeverbindungsschicht(en) angeordnet ist bzw. wird. In einer anderen Ausführung ist bzw. wird die bzw. wenigstens eine der Löt- bzw. Klebeverbindungsschicht(en) auf der elektrischen Isolierung oder dem Träger angeordnet.
Durch die elektrische Isolierung können in einer Ausführung vorteilhaft die Leiterbahnen zwischen dem Träger und dem, insbesondere verlöteten, Deckel aus dem Innenraum herausgeführt und/oder, insbesondere dabei, gegeneinander elektrisch isoliert sein bzw. werden. In einer Ausführung kann die Klebeverbindungsschicht wenigstens teilweise die elektrische Isolierung bilden. Durch die Befestigungsschicht kann in einer Ausführung die Ausbildung der Lötverbindungsschicht verbessert werden.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist eine Winkelerfassungsanordnung eine hier beschriebene Winkelerfassungseinrichtung und einen beweglichen Magneten auf, wobei in einer Ausführung eine Orientierung eines Magnetfeldes dieses Magneten durch den Sensor berührungslos erfasst wird bzw. erfassbar ist.
In einer Ausführung ist bzw. wird der Träger zwischen Deckel und Magnet bzw. der Magnet auf der dem Deckel abgewandten Seite des Trägers angeordnet.
Dadurch kann in einer Ausführung der Deckel aus Metall mit ferromagnetischen Eigenschaften hergestellt sein.
In einer alternativen Ausführung ist bzw. wird der Deckel zwischen Träger und Magnet bzw. der Magnet auf der dem Träger abgewandten Seite des Deckels angeordnet.
Hierdurch kann in einer Ausführung eine Durchkontaktierung durch den Träger besonders vorteilhaft realisiert werden. Zusätzlich oder alternativ kann hierdurch, insbesondere bei nicht ferromagnetischem Deckel, ein Abstand zwischen Magnet und Sensor reduziert werden.
In einer Ausführung wird bzw. ist der Magnet um eine, insbesondere kinematische, Rotationsachse drehbar (gelagert), die den Innenraum, insbesondere virtuell, schneidet und/oder mit einer Höhenachse des Trägers, die in Richtung seiner, insbesondere minimalen, Wandstärke verläuft, einen Winkel einschließt, der höchstens 45°, insbesondere höchstens 30°, in einer Ausführung höchstens 15°, beträgt, insbesondere also auf dem Träger bzw. dessen Ebene, wenigstens im Wesentlichen, senkrecht steht.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Winkelerfassungsanordnung kompakt(er) ausgebildet werden und/oder präzise(r) die Orientierung bzw. Winkellage des Magneten erfassen.
Eine erfindungsgemäße Winkelerfassungseinrichtung bzw. -anordnung kann mit besonderem Vorteil zur Erfassung einer Kraftstoff-Füllstandshöhe verwendet werden bzw. vorgesehen, insbesondere eingerichtet sein, insbesondere aufgrund einer vorteilhaften Dichtheit und/oder Winkelerfassung.
Entsprechend weist nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung eine Kraftoff-Füllstand(shöhen)-Erfassungseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, in einer Ausführung eines Kraftfahrzeugs, eine hier beschriebene Winkelerfassungseinrichtung und einen Magneten, dessen Magnetfeldorientierung durch den Sensor der Winkelerfassungseinrichtung berührungslos erfasst wird bzw. erfassbar ist, bzw. eine hier beschriebene Winkelerfassungsanordnung auf.
In einer Ausführung ist mit diesem Magneten bzw. dem Magneten dieser Winkelerfassungsanordnung der Kraftstoff-Füllstand(shöhen)-Erfassungseinrichtung ein Schwimmer gekoppelt, in einer Ausführung mechanisch, insbesondere über ein Gestänge oder dergleichen, und/oder derart, dass eine Füllstandshöhenänderung zu einer, insbesondere definierten, Verdrehung des Magneten um eine bzw. die Rotationsachse bzw. eine entsprechende Veränderung einer Orientierung seines Magnetfeldes führt, die durch den Sensor erfassbar ist bzw. erfasst wird.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird zur Erfassung eines Winkels mittels einer hier beschriebenen Winkelerfassungseinrichtung, insbesondere -anordnung, in einer Ausführung zur Erfassung einer Kraftstoff-Füllstandshöhe mittels einer hier beschriebenen Kraftstoff-Füllstand(shöhen)-Erfassungseinrichtung, eine Orientierung eines Magnetfeldes eines bzw. des Magneten mittels des Sensors berührungslos erfasst und ein entsprechendes, in einer Ausführung durch die Auswerteschaltung und/oder auf Basis einer in der Winkelerfassungseinrichtung, insbesondere Auswerteschaltung, gespeicherten, in einer Ausführung über die bzw. eine oder mehrere der Leiterbahn(en) vorgegebene, insbesondere veränderte, Kennlinie, verarbeitetes, Signal, in einer Ausführung über die bzw. eine oder mehrere der Leiterbahn(en), ausgegeben.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung werden zur Herstellung einer hier beschriebenen Winkelerfassungseinrichtung der Deckel und der Träger mittels der Löt- bzw. Klebeverbindungsschicht(en) miteinander verbunden, in einer Ausführung durch Wiederaufschmelzlöten wenigstens einer Lotschicht („reflow“).
Zusätzlich oder alternativ wird nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zur Herstellung mehrerer, in einer Ausführung baugleicher, hier beschriebener Winkelerfassungseinrichtungen eine, insbesondere einstückige, Trägerplatte zunächst mit mehreren Sensoren, in einer Ausführung zusätzlich mit mehreren Auswerteschaltungen und/oder elektrischen Bausteinen, bestückt und anschließend in Träger für die einzelnen Winkelsensoren geteilt.
In einer Ausführung werden nach dem Bestücken der Trägerplatte mit den Sensoren und gegebenenfalls Auswerteschaltungen und/oder elektrischen Bausteinen mehrere Deckel mittels der jeweiligen Löt- bzw. Klebenverbindungsschicht(en), in einer Ausführung durch Wiederaufschmelzlöten, mit der, in einer Ausführung noch einstückigen, Trägerplatte verbunden, so dass jeweils einer der Sensoren und gegebenenfalls eine der Auswerteschaltungen und/oder ein oder mehrere der elektrischen Bausteine in einem Innenraum angeordnet ist bzw. sind, der durch die Trägerplatte und den jeweiligen Deckel definiert ist, und anschließend die solcherart bestückte Trägerplatte in (Träger für die bzw. der) einzelne(n) Winkelerfassungseinrichtung(en) geteilt bzw. vereinzelt. Insbesondere können somit die Trägerplatten ein Nutzen sein bzw. die Winkelerfassungseinrichtungen mittels Nutzenfertigung hergestellt werden.
In einer Ausführung werden bzw. sind der Sensor, die Auswerteschaltung und/oder der bzw. die elektrische(n) Baustein(e) der bzw. einer oder mehrerer Winkelerfassungseinrichtung(en jeweils) mit der bzw. einer oder mehreren der Leiterbahn(en) elektrisch verbunden, in einer Ausführung stoffschlüssig, über Kontakte und/oder mittels Drähten, insbesondere Bond-Drähten, in einer Ausführung bei oder nach dem Bestücken der Trägerplatte mit den Sensoren, Auswerteschaltungen bzw. elektrischen Bausteinen und vor dem Verbinden mit den Deckeln.
In einer Ausführung ist der Träger mit der bzw. den Leiterbahn(en) (als) eine Leiterplatte bzw. ein Schaltungsträger bzw. die Trägerplatte (als) eine Gesamtleiterplatte (ausgebildet).
Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung der Träger Keramik-, Glas-, Kunststoff- und/oder Epoxidharz-Material, insbesondere Keramik-, Glas-, Kunststoff- und/oder Epoxidharz-Laminat und/oder -Verbundwerkstoff, in einer Ausführung Kunststoff- und/oder Epoxidharz-Material, insbesondere Polyimid, Polytetrafluorethylen bzw. Kohlenwasserstoffharz, insbesondere mit Glasfasern und/oder Keramik, insbesondere Keramikfüllstoff, auf, kann insbesondere hieraus, insbesondere also aus Keramikwerkstoff, Epoxy-Glasfaser-Verbundmaterial, Kohlenwasserstoffharz mit Keramikfüllstoff, Polytetrafluorethylen-Verbundwerkstoff mit Keramik oder Polyimid-Verbundwerkstoff mit Glasfasern, hergestellt sein bzw. werden.
Hierdurch kann in einer Ausführung jeweils, insbesondere in Kombination von zwei oder mehr der oben genannten Merkmale, die Herstellung und/oder Dichtheit, insbesondere Lebensdauer, der Winkel- bzw. Kraftstoff-Füllstand-Erfassungseinrichtung (weiter) verbessert und/oder diese einfacher hergestellt werden.
In einer Ausführung ist der Deckel über dem Träger angeordnet. Zusätzlich oder alternativ überdeckt der Träger in einer Ausführung den Deckel vollständig. Zusätzlich oder alternativ ist/sind die bzw. eine oder mehrere der Leiterbahn(en) plan(ar) an, insbesondere auf oder in, dem Träger angeordnet.
Hierdurch kann in einer Ausführung jeweils, insbesondere in Kombination von zwei oder mehr dieser Merkmale, die Winkelerfassungseinrichtung vorteilhaft, insbesondere einfach und/oder kompakt, hergestellt werden.
Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figurendarstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigen, teilweise schematisiert:

1 eine Kraftstoff-Füllstand-Erfassungseinrichtung mit einer Winkelerfassungsanordnung mit einer Winkelerfassungseinrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung,
2 die Winkelerfassungsanordnung in einer Draufsicht,
3 die Winkelerfassungsanordnung in einem Schnitt längs der Linie III-III in 2,
4 eine Winkelerfassungsanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 3 entsprechender Darstellung, und
5 eine Draufsicht auf eine Trägerplatte während der Herstellung der Winkelerfassungseinrichtung.

1 zeigt eine Kraftstoff-Füllstand-Erfassungseinrichtung mit einer in einem Kraftstofftank 200 angeordneten Winkelerfassungsanordnung mit einer Winkelerfassungseinrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Ein Schwimmer 201 ist mit einem Permanentmagneten 100 der Erfassungseinrichtung derart gekoppelt, dass eine Füllstandshöhenänderung zu einer Verdrehung des Magneten 100 um eine Rotationsachse R führt, die auf der Zeichenebene der 1 senkrecht steht.
2 zeigt die Winkelerfassungsanordnung in einer Draufsicht, 3 in einem Schnitt längs der Linie III-III in 2.
Die Winkelerfassungseinrichtung dieser Winkelerfassungsanordnung weist einen Träger 10 und einen Deckel 20 auf.
Auf einer (in 3 oberen) Oberfläche des Trägers 10 sind stoffschlüssig zwei Leiterbahn 60, 61 und eine ringartige elektrische Isolierung 70 angeordnet, die die beiden Leiterbahn 60, 61 abdeckt.
Auf der elektrischen Isolierung 70 ist eine metallische Befestigungsschicht 71 stoffschlüssig angeordnet, mit der der Deckel 20 durch eine Lötverbindungsschicht 30 verbunden ist, so dass Träger 10 und Deckel 20 einen Innenraum 50 definieren.
Ein Außenrand 31 dieser Lötverbindungsschicht 30 ist von einem Außenrand 11 des Trägers 10 zwischen 1 mm und 15 mm entfernt.
Innerhalb des Innenraums 50 ist ein Sensor zur berührungslosen Erfassung einer Orientierung eines Magnetfeldes des Magneten 100 angeordnet, der im Ausführungsbeispiel der 2, 3 mit einer Auswerteschaltung zu einer integrierten Schaltung 40 zusammengefasst ist, welche stoffschlüssig auf dem Träger 10 angeordnet und über Bond-Drähte 80 mit den Leiterbahn 60, 61 verbunden ist, die ihrerseits zwischen Träger 10 und Deckel 20 aus dem Innenraum 50 herausgeführt sind und über die einerseits Signale der integrierten Schaltung 40 an Leitungen 300 ausgegeben werden können, die an Anschlüssen 301 stoff- oder reibschlüssig mit den Leiterbahn 60, 61 verbunden sind, und über die andererseits umgekehrt eine Kennlinie der Auswerteschaltung der integrierten Schaltung 40 zur Auswertung des Sensors in situ programmierbar, insbesondere umprogrammierbar, ist.
Im Ausführungsbeispiel der 2, 3 ist der Träger 10 zwischen Deckel 20 und dem Magnet 100 angeordnet, dessen Rotationsachse R den Innenraum 50 schneidet und mit einer Höhenachse des Trägers in Richtung seiner Wandstärke (vertikal in 3) eine Winkel von etwa 0° einschließt.
Zur Erfassung der Füllstandshöhe wird die Orientierung des Magnetfeldes des Magneten 100 mittels des Sensors der integrierten Schaltung 40 berührungslos erfasst und ein entsprechendes, durch die Auswerteschaltung der integrierten Schaltung 40 auf Basis einer in dieser gespeicherten bzw. programmierten Kennlinie verarbeitetes Signal über die Leiterbahnen 60, 61 an die Leitungen 300 ausgegeben.
Zur Herstellung mehrerer baugleicher der vorstehend erläuterten Winkelerfassungseinrichtungen werden zunächst eine in 3 gestrichelt angedeutete Trägerplatte 400, auf deren Oberfläche die jeweiligen Leiterbahnen 60, 61 angeordnet sind, mit mehreren der integrierten Schaltungen 40 bestückt, vorher, parallel oder anschließend die jeweiligen elektrischen Isolierungen 70 und darauf die metallischen Befestigungsschichten 71 angeordnet, diese anschließend durch Wiederaufschmelzlöten einer Lotschicht, die dabei die jeweilige Lötverbindungsschicht 30 bildet, mit jeweils einem Deckel 20 verbunden, und anschließend die solcherart bestückte Trägerplatte 400 in (Träger 10 für die bzw. der) einzelne(n) Winkelerfassungseinrichtungen geteilt.
4 zeigt in 3 entsprechender Darstellung eine Winkelerfassungsanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, die anstelle der Winkelerfassungsanordnung der 2, 3 bei der Kraftstoff-Füllstand-Erfassungs-einrichtung der 1 verwendet werden kann.
Dabei sind gleiche oder gleichwirkende Merkmale mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, so dass Bezug auf die vorstehende Beschreibung genommen und nachfolgend nur auf Unterschiede eingegangen wird.
Im Ausführungsbeispiel der 4 sind die Leiterbahnen 60, 61 nicht zwischen dem Träger 10 und dem Deckel 20 aus dem Innenraum 50 herausgeführt, sondern mit Durchkontaktierungen 90 verbunden, die den Träger 10 durchgreifen und ihrerseits mit Leiterbahnen 62 verbunden sind, die auf der deckelabgewandten Oberfläche des Trägers 10 (unten in 4) angeordnet sind. Die Durchkontaktierungen 90 sind mit einem Füllstoff 92 abgedichtet.
Außerdem sind im Ausführungsbeispiel der 4 der Sensor 41 zur berührungslosen Erfassung der Orientierung des Magnetfeldes des Magneten 100, die Auswerteschaltung in Form eines Nacktchips 42 sowie ein Kondensator 43 separat ausgebildet, jeweils stoffschlüssig auf dem Träger 10 angeordnet und mittels Bond-Drähte 80 mit den Leiterbahn 60, 61 verbunden.
Zudem ist im Ausführungsbeispiel der 4 der Deckel 20 zwischen Träger 10 und Magnet 100 angeordnet und ohne elektrische Isolierung 70 mit dem Träger 10 mittels der Lötverbindungsschicht 30 verbunden.
Hierzu weist der Deckel 20 einen Grundkörper 21 aus nichtferromagnetischem Werkstoff auf, dessen Rand metallisiert und bei der vorstehend erläuterten Nutzenfertigung durch Wiederaufschmelzlöten mit der Lötverbindungsschicht 30 verbunden ist bzw. wird. Auf dem Träger 10 ist die metallische Befestigungsschicht 71 stoffschlüssig angeordnet.
5 zeigt eine Draufsicht auf die Trägerplatte 400 während der Herstellung der Winkelerfassungseinrichtung(en).
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist.
So können insbesondere statt der gezeigten zwei auch drei oder mehr Leiterbahnen vorgesehen sein.
Zusätzlich oder alternativ können auch Merkmale, die mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der 4 erläutert sind, beim Ausführungsbeispiel der 2, 3 realisiert sein und umgekehrt, insbesondere also der metallische Deckel 20, die integrierte Schaltung 40 und/oder die trägerseitige Anordnung des Magneten 100 beim Ausführungsbeispiel der 4 und/oder die separate Anordnung von Sensor 41, Auswerteschaltung 42 und/oder Kondensator 43, der nichtferromagnetische Grundkörper 21 und/oder die deckelseitige Anordnung des Magneten 100 beim Ausführungsbeispiel der 2, 3.
Zusätzlich oder alternativ kann anstelle der Lötverbindungsschicht 30 jeweils eine Klebeverbindungsschicht vorgesehen sein bzw. werden. In diesem Fall kann die Befestigungsschicht bzw. Metallisierung des Deckelrandes entfallen und/oder die Klebeverbindungsschicht zugleich eine elektrische Isolierung bilden, insbesondere beim Ausführungsbeispiel der 2, 3 mit den zwischen Träger und Deckel aus dem Innenraum herausgeführten Leiterbahn 60, 61.
Zusätzlich oder alternativ kann der Sensor 40 bzw. 41, in einer Ausführung stoffschlüssig, teilweise auf den beiden Leiterbahnen 60, 61 oder einer dieser beiden Leiterbahnen 60, 61 angeordnet sein bzw. werden bzw. diese in einer Ausführung (jeweils) teilweise überdecken.
Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19648539 C2 [0002, 0007]

Claims

Winkelerfassungseinrichtung, insbesondere für eine Kraftstoff-Füllstand-Erfassungseinrichtung, wobei die Winkelerfassungseinrichtung aufweist: einen Träger (10); einen Deckel (20), der mit dem Träger (10) mittels wenigstens einer Löt- oder Klebeverbindungsschicht (30) verbunden ist; und einen Sensor (40; 41) zur berührungslosen Erfassung einer Orientierung eines Magnetfeldes eines Magneten (100), wobei der Sensor (40; 41) in einem Innenraum (50), der durch den Träger (10) und den Deckel (20) definiert ist, insbesondere auf dem Träger (10), angeordnet ist.
Winkelerfassungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Außenrand (31) der Verbindungsschicht (30) von einem Außenrand (11) des Trägers (10) wenigstens 1 mm und höchstens 15 mm entfernt ist.
Winkelerfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einer Leiterbahn (60-62), die, insbesondere stoffschlüssig, an dem Träger (10) angeordnet ist.
Winkelerfassungseinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Leiterbahn (60, 61) ganz oder teilweise in dem Innenraum (50)dem Träger (10) angeordnet, insbesondere zwischen dem Träger (10) und dem Deckel (20) aus dem Innenraum (50) herausgeführt, und/oder mit einer elektrischen Durchführung, insbesondere Durchkontaktierung (90), die den Träger (10) oder Deckel (20) wenigstens teilweise durchgreift, und/oder, insbesondere über wenigstens eine weitere Leiterbahn (62), mit einem Anschluss (301) verbunden ist, der auf einer deckelzugewandten oder deckelabgewandten Seite des Trägers (10) angeordnet ist.
Winkelerfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer, insbesondere über die wenigstens eine Leiterbahn (60-62) programmierbaren, Auswerteschaltung (40; 42) zur Auswertung des Sensors (40; 41), die in dem Innenraum (50), insbesondere auf dem Träger (10), angeordnet, insbesondere als Nacktchip und/oder als integrierte Schaltung (40) mit dem Sensor oder von diesem separat ausgebildet, ist.
Winkelerfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einem elektrischen Baustein, insbesondere Kondensator (43), der in dem Innenraum (50), insbesondere auf dem Träger (10), angeordnet, und mit dem Sensor (41) und/oder der Auswerteschaltung (42), insbesondere über die wenigstens eine Leiterbahn (60, 61), elektrisch verbunden ist.
Winkelerfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (10) wenigstens einen elektrisch isolierenden Oberflächenbereich und/oder Keramik-, Glas-, Kunststoff- und/oder Epoxidharz-Material und/oder der Deckel (20) Metall und/oder einen nichtferromagnetischen Werkstoff und/oder eine Vertiefung aufweist, in der der Sensor (40; 41) wenigstens teilweise aufgenommen ist, und/oder der Innenraum (50) wenigstens teilweise mit Gas oder einem elastischen Füllstoff gefüllt oder evakuiert ist.
Winkelerfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Träger (10) und dem Deckel (20) wenigstens eine elektrische Isolierung (70) und/oder, insbesondere auf dieser elektrischen Isolierung (70) oder auf dem Träger (10), wenigstens eine Befestigungsschicht (71) angeordnet ist, auf der die Verbindungsschicht (30) angeordnet ist.
Winkelerfassungsanordnung mit einer Winkelerfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem beweglichen Magneten (100), wobei der Träger (10) zwischen Deckel (20) und Magnet (100) oder der Deckel (20) zwischen Träger (10) und Magnet (100) angeordnet ist und/oder der Magnet (100) um eine Rotationsachse (R) drehbar gelagert ist, die den Innenraum (50) schneidet und/oder mit einer Höhenachse des Trägers (10) in Richtung seiner Wandstärke eine Winkel einschließt, der höchstens 45° beträgt.
Kraftstoff-Füllstand-Erfassungseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Winkelerfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einem Magneten (100) und einem damit gekoppelten Schwimmer (201), wobei eine Orientierung eines Magnetfeldes des Magneten (100) mittels des Sensors (40; 41) berührungslos erfassbar ist, insbesondere mit einer Winkelerfassungsanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch.
Verfahren zur Erfassung eines Winkels mittels einer Winkelerfassungseinrichtung, insbesondere -anordnung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere einer Kraftstoff-Füllstandshöhe mittels einer Kraftstoff-Füllstand-Erfassungseinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Orientierung eines Magnetfeldes des Magneten (100) mittels des Sensors (40; 41) berührungslos erfasst und ein entsprechendes, insbesondere durch die Auswerteschaltung (40; 41) und/oder auf Basis einer in der Winkelerfassungseinrichtung gespeicherten Kennlinie, verarbeitetes, Signal, insbesondere über die wenigstens eine Leiterbahn (60-62), ausgegeben wird.
Verfahren zur Herstellung wenigstens einer Winkelerfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Deckel (20) und der Träger (10) mittels der Verbindungsschicht (30) miteinander verbunden werden, insbesondere durch Wiederaufschmelzlöten wenigstens einer Lotschicht (30), und/oder wobei eine Trägerplatte (400) mit mehreren Sensoren (40; 41) bestückt und anschließend in Träger (10) für die Winkelerfassungseinrichtungen geteilt wird.