DE102020206586A1 - Contact, circuit board with the contact, and guide carriage with the circuit board for routing - Google Patents

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Abstract

Offenbart ist ein elektrischer Kontakt mit einem ersten Kontaktabschnitt zum Verbinden mit einer Leiterplatte und mit einem zweiten Kontaktabschnitt zum Kontaktieren eines elektrischen Bauelements oder einer Masse und mit einem elastischen Abschnitt zum Spannen zumindest des zweiten Kontaktabschnitts gegen das Bauelement oder die Masse.Offenbart sind weiterhin eine Leiterplatte mit diesem Kontakt, sowie ein Führungswagen mit dieser Leiterplatte.An electrical contact is disclosed with a first contact section for connecting to a circuit board and with a second contact section for contacting an electrical component or a ground and with an elastic section for tensioning at least the second contact section against the component or the ground. A circuit board is also disclosed with this contact, as well as a carriage with this circuit board.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kontakt gemäß dem Oberbegriff das Anspruch 1, sowie eine Leiterplatte mit dem Kontakt gemäß Anspruch 5 und einen Führungswagen mit der Leiterplatte gemäß Anspruch 14.The invention relates to a contact according to the preamble of claim 1, as well as a circuit board with the contact according to claim 5 and a guide carriage with the circuit board according to claim 14.

Eine Streckenführung, insbesondere eine Linear-Führung, ermöglicht eine translatorische, geführte Bewegung. Dabei ist meist eine ortsfeste Führungsschiene oder ein ortsfestes Führungsprofil vorgesehen, an der oder dem ein Führungswagen gleit- oder wälzkörpergelagert geführt ist.A route, in particular a linear guide, enables a translational, guided movement. In this case, a stationary guide rail or a stationary guide profile is usually provided, on which a guide carriage is guided with sliding or rolling element bearings.

Es gibt den Bedarf, die Last oder die am Führungswagen angreifenden Kräfte und Momente zu kennen, um seine Überlastung zu verhindern und um die mit der Streckenführung durchgeführten Bewegungs- und Transportprozesse steuern zu können. Die Erfassung der Last kann gemäß dem Stand der Technik über eine sensorische DMS- oder piezoresistive Schicht am Führungswagen erfolgen.There is a need to know the load or the forces and moments acting on the guide carriage in order to prevent overloading and to be able to control the movement and transport processes carried out with the routing. According to the state of the art, the load can be detected using a sensor-based strain gauge or piezoresistive layer on the guide carriage.

Aus der DE 10 2016 210 109 A1 der Anmelderin ist ein Führungswagen für ein Linearwälzlager, beziehungsweise für eine Linearführung bekannt, der eine in einer Laufbahneinlage angeordnete sensorische Schicht aufweist. Über die von den Wälzkörpern belastete sensorische Schicht ist die Last erfassbar. Der Aufbau ist derart, dass in der Laufbahneinlage elektrisch kontaktierte, piezoresistive Dünnschichtsensoren in Bewegungsrichtung verteilt angeordnet sind. Alternativ zu dieser Anordnung der Sensorschicht kann diese außen am Führungswagen angeordnet sein, sodass die Last dort anhand der Dehnung an der entsprechenden Stelle des Führungswagens gemessen wird. Die Dehnungsmessung erfolgt z.B. über metallische Dehnmessstreifen, die am Führungswagen aufgeklebt sind.From the DE 10 2016 210 109 A1 A guide carriage for a linear roller bearing or for a linear guide is known to the applicant, which has a sensor layer arranged in a track insert. The load can be detected via the sensory layer loaded by the rolling elements. The structure is such that electrically contacted, piezoresistive thin-film sensors are arranged distributed in the direction of movement in the raceway insert. As an alternative to this arrangement of the sensor layer, it can be arranged on the outside of the guide carriage so that the load is measured there based on the expansion at the corresponding point on the guide carriage. The strain measurement is carried out, for example, using metallic strain gauges that are glued to the guide carriage.

Zur Erfassung ist aus der DE 10 2016 210 109 A1 eine piezoresistive Dünnschicht, beispielsweise eine DLC (Diamond Like Carbon) Schicht bekannt. Wird diese lokal flächig kontaktiert, so kann die Dehnung des Substrats auf dem sie Schicht angeordnet ist, durch die Widerstandsänderung der Schicht an der Kontaktstelle bestimmt werden.For the acquisition is from the DE 10 2016 210 109 A1 a piezoresistive thin film, for example a DLC (Diamond Like Carbon) layer known. If this is contacted locally over a large area, the expansion of the substrate on which the layer is arranged can be determined by the change in resistance of the layer at the contact point.

Dieses Prinzip wird in einem Schichtsystem basierend auf einer DiaForce DLC Schicht genutzt, was die Veröffentlichung „Multifunctional Thin Film Sensors Based on Amorphous Diamond-Like Carbon for Use in Tribological Applications“ von S. Biehl, H. Lüthje, R. Bandorf und J. Sick offenbart.This principle is used in a layer system based on a DiaForce DLC layer, which is what the publication "Multifunctional Thin Film Sensors Based on Amorphous Diamond-Like Carbon for Use in Tribological Applications" by S. Biehl, H. Lüthje, R. Bandorf and J. Sick revealed.

Eine Messung des Widerstands an einer abgeschiedenen anstatt einer aufgeklebten Schicht hat den Vorteil, dass das Messsignal nicht durch eine Klebeverbindung beeinflusst wird, wodurch sich der effektiv nutzbare Signalhub und damit die Empfindlichkeit des Messsystems verbessert.A measurement of the resistance on a deposited layer instead of a glued-on layer has the advantage that the measurement signal is not influenced by an adhesive connection, which improves the effectively usable signal deviation and thus the sensitivity of the measurement system.

Die Druckschrift DE 102 43 095 B4 zeigt ein Wälzlager mit integrierter piezoresistiver Sensorik. Dabei ist zwischen Lagerschalenabschnitten eine piezoresistive Zwischenschicht eingebunden, die punktuell von Elektroden kontaktiert ist. Über den Querschnitt der Elektrode wird der lokale Messquerschnitt des jeweiligen piezoresistiven Sensorelementes festgelegt. Durch Beabstandung der Elektroden entlang der Wälzbahn ist die Belastung der Wälzbahn an mehreren Punkten messbar.The pamphlet DE 102 43 095 B4 shows a rolling bearing with integrated piezoresistive sensors. A piezoresistive intermediate layer is integrated between the bearing shell sections and is contacted by electrodes at specific points. The local measurement cross-section of the respective piezoresistive sensor element is determined via the cross-section of the electrode. By spacing the electrodes along the rolling path, the load on the rolling path can be measured at several points.

Die Druckschrift DE 10 2017 214 815 A1 der Anmelderin zeigt eine Ausgestaltung der Elektroden einer piezoresistiven Schicht für die Kraftmessung an einer Wälzbahn eines Führungswagens. Die Elektroden kontaktieren die piezoresistive Schicht punktuell und zueinander beabstandet. Die Kontaktierung der anderen Endabschnitte der Elektroden erfolgt nicht im jeweiligen Lot zur piezoresistiven Schicht. Stattdessen erstreckt sich die Elektrode als flache Leiterbahn parallel zur Wälzbahnebene in einer Trennschicht und weist beabstandet zur eigentlichen Messstelle einen Kontaktabschnitt auf. Dieser ist verkabelt und kann so mit einer Auswerteeinheit verbunden werden.The pamphlet DE 10 2017 214 815 A1 the applicant shows an embodiment of the electrodes of a piezoresistive layer for force measurement on a rolling track of a guide carriage. The electrodes contact the piezoresistive layer at points and at a distance from one another. The other end sections of the electrodes are not contacted in the respective solder to the piezoresistive layer. Instead, the electrode extends as a flat conductor path parallel to the rolling path plane in a separating layer and has a contact section spaced from the actual measuring point. This is wired and can be connected to an evaluation unit.

Nachteilig an den bekannten Lösungen ist insbesondere der vorrichtungstechnische Aufwand, der sich aus der Kontaktierung der Sensorschicht und der Verkabelung der Kontakte hin zu einer Auswerteeinheit, insbesondere einer Leiterplatte, ergibt.The disadvantage of the known solutions is, in particular, the outlay in terms of device technology, which results from the contacting of the sensor layer and the cabling of the contacts to an evaluation unit, in particular a printed circuit board.

Dem gegenüber liegen der Erfindung die Aufgaben zugrunde, einen Kontakt, eine Leiterplatte mit dem Kontakt und einen Führungswagen mit der Leiterplatte zu schaffen, wobei jeweils eine kompaktere Kontaktierung eines Sensors oder einer Sensorschicht bereitzustellen oder zumindest zu ermöglichen ist.In contrast, the invention is based on the objects of creating a contact, a printed circuit board with the contact and a guide carriage with the printed circuit board, wherein a more compact contacting of a sensor or a sensor layer is to be provided or at least to be made possible.

Die erste Aufgabe wird gelöst durch einen Kontakt mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die zweite durch eine Leiterplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und die dritte durch einen Führungswagen mit den Merkmalen des Anspruchs 14.The first object is achieved by a contact with the features of claim 1, the second by a printed circuit board with the features of claim 5 and the third by a guide carriage with the features of claim 14.

Weiterbildungen der Erfindungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.Further developments of the inventions are described in the respective subclaims.

Ein elektrischer Kontakt hat einen ersten Kontaktabschnitt zum Verbinden mit einer Auswerteeinheit, insbesondere einer Leiterplatte. Ein zweiter Kontaktabschnitt des Kontakts ist zum Kontaktieren eines, insbesondere zur Auswerteeinheit oder Leiterplatte beabstandet anordenbaren, elektrischen Bauelements, insbesondere eines Sensors, einer Sensorschicht oder einer Masse, insbesondere einer Elektrode, vorgesehen. Zwischen den beiden Kontaktabschnitten hat der Kontakt einen elektrisch leitfähigen, elastischen, insbesondere weichelastischen Abschnitt zum Spannen zumindest des zweiten Kontaktabschnitts gegen das elektrische Bauelement oder die Masse. Erfindungsgemäß ist dieser Abschnitt gerade oder stabförmig, insbesondere erstreckt er sich gerade und block-, zylinder- oder konusförmig in einer Spannrichtung.An electrical contact has a first contact section for connecting to an evaluation unit, in particular a printed circuit board. A second contact section of the contact is for contacting an electrical component, in particular a sensor, which can be arranged at a distance, in particular from the evaluation unit or printed circuit board Sensor layer or a mass, in particular an electrode, is provided. Between the two contact sections, the contact has an electrically conductive, elastic, in particular soft elastic section for tensioning at least the second contact section against the electrical component or the ground. According to the invention, this section is straight or rod-shaped, in particular it extends straight and block-shaped, cylindrical or conical-shaped in a tensioning direction.

Im Vergleich zu einem Kontakt gemäß dem Stand der Technik, dessen elastischer Abschnitt von einer Schraubenfeder gebildet ist, ist die gerade Ausgestaltung einfacher zu fertigen, anzuordnen und baut kleiner. Es ist so ein flächiger, lokaler Kontakt beispielsweise zu einem als piezoresistive Sensorschicht ausgebildeten Bauelement oder dessen Elektrode herstellbar, ohne dabei ein komplexes Mehrschichtsystem bereitstellen zu müssen. Es ist so eine kompaktere Kontaktierung eines Sensors oder einer Sensorschicht über den Kontakt ermöglicht.In comparison to a contact according to the prior art, the elastic section of which is formed by a helical spring, the straight configuration is easier to manufacture, to arrange and to be smaller. In this way, a flat, local contact, for example, to a component designed as a piezoresistive sensor layer or its electrode, can be produced without having to provide a complex multilayer system. This enables a more compact contacting of a sensor or a sensor layer via the contact.

In einer Weiterbildung, die besonders leicht zu fertigen ist und wenig Bauraum benötigt, ist der elastische Abschnitt von einem elektrisch leitfähigen Elastomer gebildet. In einer Weiterbildung ist dies ein Gummi, wie er beispielsweise für EMV Anwendungen Verwendung findet. Dies kann ein Gummi beispielsweise auf Silikon-Basis sein, der Silber, Nickel, Silber-Glas, Silber-Aluminium oder Graphit enthält.In a development that is particularly easy to manufacture and requires little installation space, the elastic section is formed from an electrically conductive elastomer. In a further development, this is a rubber such as is used, for example, for EMC applications. This can be a silicone-based rubber, for example, which contains silver, nickel, silver-glass, silver-aluminum or graphite.

Die gleichen Fertigungs- und Bauraumvorteile hat eine Weiterbildung, in der vom elastischen Abschnitt ein Endabschnitt des Kontakts gebildet ist.A further development in which the elastic section forms an end section of the contact has the same advantages in terms of manufacturing and installation space.

In einer Weiterbildung ist der zweite Kontaktabschnitt am elastischen Abschnitt, insbesondere stirnseitig an diesem als Kontaktfläche, ausgebildet.In a further development, the second contact section is formed on the elastic section, in particular on the front side of the latter as a contact surface.

Dann kommt - im kontaktierten Zustand - der elastische Abschnitt mit seinem zweiten Kontaktabschnitt unmittelbar am elektrischen Bauelement, insbesondere an dessen Elektrode, in Anlage. Seine Fähigkeit zur Verformung resultiert dann in einem guten Formschluss im Kontaktbereich und einer optimalen und reproduzierbaren Ausnutzung des dortigen leitfähigen Querschnitts.Then - in the contacted state - the elastic section comes into contact with its second contact section directly on the electrical component, in particular on its electrode. Its ability to deform then results in a good form fit in the contact area and an optimal and reproducible utilization of the conductive cross section there.

Alternativ kann der elastische Abschnitt einen mittigen Abschnitt des Kontaktes darstellen.Alternatively, the elastic section can represent a central section of the contact.

Eine Leiterplatte, insbesondere ein printed circuit board (PCB), zur Weiterleitung, Verarbeitung und/oder Auswertung eines elektrischen Signals eines elektrischen Bauelements, insbesondere eines Sensors oder einer Sensorschicht, hat eine elektrisch isolierende Platte und wenigstens einen darauf angeordneten, insbesondere aufgedruckten, elektrischen Leiter. Ergänzend kann auf der Platte wenigstens ein elektronisches Bauelement angeordnet und mit dem Leiter verbunden sein. Dabei ist der Leiter mit dem ersten Kontaktabschnitt eines sich von der Platte weg erstreckenden Kontaktes, der gemäß wenigstens einem Aspekt der vorrangegangenen Beschreibung ausgestaltet ist, verbunden. Der Kontakt steht somit mit seinem zweiten Kontaktabschnitt von der Platte weg oder ab.A circuit board, in particular a printed circuit board (PCB), for forwarding, processing and / or evaluating an electrical signal from an electrical component, in particular a sensor or a sensor layer, has an electrically insulating plate and at least one electrical conductor arranged thereon, in particular printed on . In addition, at least one electronic component can be arranged on the plate and connected to the conductor. In this case, the conductor is connected to the first contact section of a contact which extends away from the plate and is designed according to at least one aspect of the preceding description. The contact is thus with its second contact section away from or from the plate.

Aufgrund der Elastizität des elastischen Abschnitts kann der zweite Kontaktabschnitt mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand auf das entfernt angeordnete Bauelement, den Sensor oder die Sensorschicht oder dessen/deren Elektrode gespannt werden.Due to the elasticity of the elastic section, the second contact section can be clamped onto the remotely arranged component, the sensor or the sensor layer or its electrode with little effort in terms of device technology.

In einer Weiterbildung hat die Leiterplatte einen Anschlag, an dem der elastische Abschnitt, insbesondere zum Spannen, abgestützt ist.In a further development, the circuit board has a stop on which the elastic section is supported, in particular for tensioning.

Um eine direkte Krafteinwirkung auf die Leiterplatte zu hemmen, ist in einer Weiterbildung ein Träger vorgesehen, an dem die Platte angeordnet und/oder befestigt ist. Der Träger ist vorzugsweise stabiler als die Platte ausgestaltet. Eine Steifigkeit und Festigkeit des Trägers, sowie seine Anordnung ist vorzugsweise auf eine bestimmungsgemäß Verwendung des Führungswagens und ein zu erfassendes Lastintervall abgestimmt.In order to inhibit the direct action of force on the printed circuit board, a carrier is provided in one development, on which the board is arranged and / or fastened. The carrier is preferably designed to be more stable than the plate. A rigidity and strength of the carrier, as well as its arrangement, is preferably matched to an intended use of the guide carriage and a load interval to be recorded.

Um die Platte nicht mit der Spannkraft zu beaufschlagen und so eine aus der Spannkraft resultierende Beschädigung der Platte auszuschließen, weist in einer Weiterbildung der Träger den Anschlag auf. Dieser nimmt somit die Spannkraft auf, ohne die Platte zu belasten.In order not to apply the clamping force to the plate and thus to exclude damage to the plate resulting from the clamping force, in a further development the carrier has the stop. This thus absorbs the clamping force without loading the plate.

Um den Träger in Spannrichtung an einem Bauteil, insbesondere am Führungswagen, insbesondere an dessen elektrischer Masse zu befestigen, weist die Leiterplatte in einer Weiterbildung Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben auf. Dabei ist vorzugsweise der Träger von Durchgangsausnehmungen durchsetzt, die von je einem der Befestigungsmittel in Richtung hin zum Bauteil durchgriffen sind.In order to fasten the carrier in the clamping direction on a component, in particular on the guide carriage, in particular on its electrical ground, the printed circuit board has fastening means, in particular screws, in a further development. In this case, the carrier is preferably penetrated by through recesses, each of which is penetrated by one of the fastening means in the direction of the component.

Damit der zweite Kontaktabschnitt das elektrische Bauelement kontaktieren kann, ist in einer Weiterbildung der Träger in Spannrichtung von wenigstens einer Durchgangsausnehmung durchsetzt. Diese ist dann zumindest vom elastischen Abschnitt durchgriffen. Insbesondere ist zumindest der elastische Abschnitt darin mit Spiel geführt ist. Eine Führung ohne Spiel ist auch möglich, reduziert jedoch aufgrund der resultierende Einspannung des elastischen Abschnitts in der Durchgangsausnehmung dessen Elastizität. So ist über das Spiel ein E-Modul des elastischen Abschnitts, auch noch nach einer für ihn getroffenen Materialauswahl, beeinflussbar.In order for the second contact section to be able to contact the electrical component, in a development the carrier is penetrated by at least one through recess in the tensioning direction. This is then penetrated by at least the elastic section. In particular, at least the elastic section is guided therein with play. A guide without play is also possible, but reduces its elasticity due to the resulting clamping of the elastic section in the passage recess. Thus, a modulus of elasticity of the elastic section can be influenced via the play, even after a material selection made for it.

In einer Weiterbildung ist die Durchgangsausnehmung in einem Bereich zwischen der Platte und dem elastischen Abschnitt von einem vergleichsweise starren Abschnitt des Kontaktes durchgriffen.In a further development, a comparatively rigid section of the contact extends through the through recess in an area between the plate and the elastic section.

Der starre Abschnitt trägt vorzugsweise den ersten Kontaktabschnitt, der mit dem Leiter verbunden ist.The rigid section preferably carries the first contact section which is connected to the conductor.

Um die Spannkraft aufbringen zu können, ragt in einer Weiterbildung der zweite Kontaktabschnitt in ungespanntem Zustand des elastischen Abschnitts aus der Durchgangsausnehmung heraus. Ein Überstand des zweiten Kontaktabschnitts über eine Mündung dieser Durchgangsausnehmung hinaus ist in Abhängigkeit einer gewünschten Spannkraft bemessen.In order to be able to apply the tensioning force, in a further development the second contact section protrudes from the through recess when the elastic section is not tensioned. A protrusion of the second contact section beyond an opening of this through recess is dimensioned as a function of a desired clamping force.

Als Anschlag bietet sich in einer Weiterbildung ein Absatz, eine Schulter oder ein Kragen in der Durchgangsausnehmung an.In a further development, a shoulder, a shoulder or a collar in the through recess can be used as a stop.

In einer Weiterbildung ist der elastische Abschnitt quer zur Spannrichtung breiter als der starre Abschnitt.In a further development, the elastic section transversely to the tensioning direction is wider than the rigid section.

In einer Weiterbildung hat die Leiterplatte mehrere solche Kontakte, die jeweils gemäß wenigstens einem Aspekt der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet sind. Von diesen ist wenigstens einer zum Kontaktieren der Masse und der oder die anderen sind zum Kontaktieren des einen elektrischen Bauelements oder der mehreren elektrischen Bauelemente ausgebildet.In a further development, the circuit board has a plurality of such contacts, each of which is formed in accordance with at least one aspect of the preceding description. Of these, at least one is designed to contact the ground and the other or the others are designed to contact the one electrical component or the plurality of electrical components.

Um die Leiterplatte vor Beschädigung zu schützen, weist sie in einer Weiterbildung eine Abdeckung oder ein Gehäuse auf, von der oder dem die Platte überspannt ist.In order to protect the printed circuit board from damage, in a further development it has a cover or a housing from which the board is spanned.

Vorzugsweise ist die Abdeckung oder das Gehäuse am Träger befestigt, sodass eine Beschädigung durch Krafteinleitung in die - vergleichsweise empfindliche - Platte verhindert ist.The cover or the housing is preferably fastened to the carrier, so that damage due to the introduction of force into the - comparatively sensitive - plate is prevented.

In einer Weiterbildung weist die Leiterplatte an einer dem elektrischen Bauelement, der Masse oder dem Bauteil zuwendbaren Seite des Trägers, eine die Mündung oder Mündungen der wenigstens einen Durchgangsausnehmung umrandende Dichtung auf. Über deren Anlage am Bauelement, an der Masse oder dem Bauteil ist die Kontaktierung des zweiten Kontaktabschnitts gegen Feuchtigkeit und gegen Verschmutzung schützbar.In a further development, the printed circuit board has, on a side of the carrier facing the electrical component, the mass or the component, a seal which borders the mouth or mouths of the at least one through recess. The contacting of the second contact section can be protected against moisture and soiling via its contact with the component, the mass or the component.

Ein Führungswagen, der zur gleit- oder wälzgelagerten Führung an einer Führungsschiene einer Strecken- oder Linearführung vorgesehen ist, hat eine Leiterplatte gemäß wenigstens einem Aspekt der vorangegangenen Beschreibung. Dabei ist vom zweiten Kontaktabschnitt des wenigstens einen Kontaktes ein elektrisches Bauelement oder eine elektrische Masse des Führungswagens kontaktiert, indem der zweite Kontaktabschnitt des Kontaktes über dessen elastischen Abschnitt gegen das elektrische Bauelement oder die Masse gespannt ist.A guide carriage, which is provided for sliding or roller-bearing guidance on a guide rail of a linear or linear guide, has a printed circuit board according to at least one aspect of the preceding description. In this case, the second contact section of the at least one contact makes contact with an electrical component or an electrical ground of the guide carriage, in that the second contact section of the contact is tensioned against the electrical component or the ground via its elastic section.

Insbesondere ist das elektrische Bauelement ein drucksensitiver Sensor, insbesondere ein piezoresistiver Sensor oder eine piezoresistive Sensorschicht, oder es ist eine Elektrode, von dem der Sensor oder die Sensorschicht kontaktiert ist. Im Falle der Sensorschicht stellt ein Kontaktquerschnitt der Elektrode mit der Sensorschicht einen Sensor oder eine Sensorfläche dar. Die Sensorschicht ist beispielsweise als DLC, als sogenanntes Diamond Like Carbon, ausgebildet.In particular, the electrical component is a pressure-sensitive sensor, in particular a piezoresistive sensor or a piezoresistive sensor layer, or it is an electrode that makes contact with the sensor or the sensor layer. In the case of the sensor layer, a contact cross section of the electrode with the sensor layer represents a sensor or a sensor surface. The sensor layer is designed, for example, as a DLC, so-called diamond-like carbon.

Vorzugsweise ist der oben genannten Träger über die Befestigungsmittel an einem den drucksensitiven Sensor oder die Sensorschicht tragenden Substrat des Führungswagens befestigt. Das Substrat kann beispielsweise eine gesonderte Wälzbahn- oder Laufbahneinlage oder ein Laufbahnelement des Führungswagens sein, an der zwischen Führungswagen und Führungsschiene angeordnete Wälzkörper abwälzen.The above-mentioned carrier is preferably fastened via the fastening means to a substrate of the guide carriage which carries the pressure-sensitive sensor or the sensor layer. The substrate can, for example, be a separate rolling track or track insert or a track element of the guide carriage on which rolling bodies arranged between the guide carriage and the guide rail roll.

Im gespannten Zustand sind der zweite Kontaktabschnitt und die Unterseite des Trägers auf gleichem Level angeordnet und zumindest der zweite Kontaktabschnitt ist mit dem Sensor oder der Sensorschicht oder der Elektrode in Anlage, sodass der elastische Abschnitt um den Überstand komprimiert ist. Aus der Komprimierung resultiert die Spannkraft, mit der der zweite Kontaktabschnitt auf den Sensor oder die Sensorschicht oder die Elektrode gespannt wird.In the tensioned state, the second contact section and the underside of the carrier are arranged on the same level and at least the second contact section is in contact with the sensor or the sensor layer or the electrode, so that the elastic section is compressed around the protrusion. The compression results in the tension force with which the second contact section is tensioned on the sensor or the sensor layer or the electrode.

In einer Weiterbildung hat der der Führungswagen die, insbesondere gesonderte, Wälzbahn- oder Laufbahneinlage, bzw. das Laufbahnelement, an der oder dem zwischen dem Führungswagen und der Führungsschiene anordenbare Wälzkörper abwälzbar sind. Rückwärtig daran ist, insbesondere zur Ermittlung der am Führungswagen wirksamen Last oder des Verschleißes, eine piezoelektrische, insbesondere piezoresistive Schicht angeordnet, an der rückwärtig verteilt Elektroden angeordnet sind. Von diesen ist zur Auswertung eines Sensor- oder Elektrodensignals wenigstens eine vom zweiten Kontaktabschnitt kontaktiert. Vorzugsweise sind alle Elektroden derart kontaktiert.In a further development, the guide carriage has the, in particular separate, rolling track or track insert or the track element on which the rolling bodies that can be arranged between the guide carriage and the guide rail can be rolled. A piezoelectric, in particular piezoresistive layer, on which electrodes are distributed at the rear, is arranged at the rear, in particular to determine the load acting on the guide carriage or the wear and tear. At least one of these is contacted by the second contact section in order to evaluate a sensor or electrode signal. All electrodes are preferably contacted in this way.

Die Elektroden sind in einer Weiterbildung in eine isolierende Trennschicht eingebettet.In a further development, the electrodes are embedded in an insulating separating layer.

Diese durchsetzen sie in einer Weiterbildung von der piezoelektrischen Schicht bis hin zum sie kontaktierenden zweiten Kontaktabschnitt.In a further development, these enforce them from the piezoelectric layer to the second contact section making contact with it.

Von der piezoelektrischen Schicht weg erstrecken sich die Elektroden in einer Weiterbildung mit einem sogenannten Sensorabschnitt, dessen Querschnitt wie bereits erwähnt, eine Sensorfläche darstellt. Daran schließt sich ein Leitungsabschnitt oder eine Leitungsbahn an, an die wiederum ein zum zweiten Kontaktabschnitt weisender Kontaktabschnitt anschließt.In a development with a so-called sensor section, the cross section of which, as already mentioned, represents a sensor surface, extend away from the piezoelectric layer. This is followed by a line section or a line path, which in turn is followed by a contact section pointing towards the second contact section.

Der Leitungsabschnitt kann sich quer oder senkrecht zur piezoelektrischen Schicht erstrecken.The line section can extend transversely or perpendicularly to the piezoelectric layer.

Von größerem Vorteil ist hingegen eine parallele Erstreckung. So kann das Signal des Sensorabschnitts in einen einfacher zu kontaktierenden Bereich geleitet werden, wo vorzugsweise auch die Leiterplatte angeordnet ist. Vorzugsweise ist dieser Bereich an einem gut zugänglichen Endabschnitt des Laufbahnelements angeordnet.On the other hand, a parallel extension is of greater advantage. In this way, the signal of the sensor section can be passed into an area that is easier to contact, where the printed circuit board is preferably also arranged. This area is preferably arranged at an easily accessible end section of the track element.

Die Elektroden, insbesondere alle drei genannten Abschnitte sind vorzugsweise gemeinsam aus einer Metallschicht hergestellt, insbesondere sind sie mittels einer Maske belichtet und geätzt.The electrodes, in particular all three sections mentioned, are preferably made together from a metal layer, in particular they are exposed and etched by means of a mask.

Um den elektrischen Kontakt zwischen dem zweiten Kontaktabschnitt und dem Sensor, der Sensorschicht, der Masse oder der Elektrode zu verbessern, ist in einer Weiterbildung eine flüssige, viskoelastische oder elastische Schicht eines elektrisch leitfähigen Kontaktvermittlers oder Klebstoffs zwischen dem zweiten Kontaktabschnitt und dem Sensor, der Sensorschicht, der Masse oder der Elektrode angeordnet. Es kann alternativ ein mit der Elektrode fest verbundenes elektrisch leitfähiges Kissen oder eine entsprechende Zwischenlage vorgesehen sein.In order to improve the electrical contact between the second contact section and the sensor, the sensor layer, the mass or the electrode, a liquid, viscoelastic or elastic layer of an electrically conductive contact agent or adhesive is used between the second contact section and the sensor, the sensor layer , the ground or the electrode. Alternatively, an electrically conductive cushion or a corresponding intermediate layer firmly connected to the electrode can be provided.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Führungswagens sind Elektroden vorgesehen, die jeweils vom ihnen zugeordneten zweiten Kontaktabschnitt kontaktiert sind. Die Elektroden kontaktieren wiederum eine, insbesondere durchgängige, piezoelektrische Schicht, welche auf einer Rückseite eines gesonderten Laufbahnelements des Führungswagens angeordnet ist. Die Elektroden sind vorzugsweise vom jeweiligen zweiten Kontaktabschnitt nicht unmittelbar oder fluchtend kontaktiert, sondern versetzt. Dadurch sind insbesondere Kontaktabschnitte der Elektroden, die vom jeweiligen zweiten Kontaktabschnitt kontaktiert sind, zu Sensorabschnitten der Elektroden, die die Sensorschicht kontaktieren, versetzt angeordnet, wobei die Kontaktabschnitte dann in einem gut zugänglichen Endbereich des Laufbahnelements angeordnet sind. Die Verbindung des Kontaktabschnitts mit dem Sensorabschnitt der jeweiligen Elektrode erfolgt dann über einen Leiterbahnabschnitt der Elektrode. Die Kontaktabschnitte, die Leiterbahnabschnitte und die Sensorabschnitte der Elektroden sind gemeinsam aus derselben Metallschicht hergestellt, insbesondere mittels Belichten über eine Maske und Ätzen.In a particularly preferred embodiment of the guide carriage, electrodes are provided which are each contacted by the second contact section assigned to them. The electrodes in turn contact a, in particular continuous, piezoelectric layer which is arranged on a rear side of a separate track element of the guide carriage. The electrodes are preferably not contacted directly or in alignment by the respective second contact section, but are offset. As a result, contact sections of the electrodes that are contacted by the respective second contact section are arranged offset from sensor sections of the electrodes that contact the sensor layer, the contact sections then being arranged in an easily accessible end region of the raceway element. The contact section is then connected to the sensor section of the respective electrode via a conductor track section of the electrode. The contact sections, the conductor track sections and the sensor sections of the electrodes are produced together from the same metal layer, in particular by means of exposure via a mask and etching.

In einer Weiterbildung hat der Führungswagen mehrere derartige Kontakte, von denen mehrere Sensoren oder Sensorschichten oder eine Sensorschicht an verschiedenen Stellen oder die Masse oder die Elektroden kontaktiert sind.In a further development, the guide carriage has several such contacts, of which several sensors or sensor layers or one sensor layer are contacted at different points or the ground or the electrodes.

Die Anmelderin behält sich vor, einen Anspruch oder ein Patentbegehren auf eine Streckenführung, insbesondere Linearführung, mit einer Führungsschiene und einem daran gleit- oder wälzgelagert geführten Führungswagen, der gemäß wenigstens einem Aspekt der vorangegangenen Beschreibung ausgestaltet ist, zu richten.The applicant reserves the right to make a claim or a patent application for a route, in particular a linear guide, with a guide rail and a guide carriage guided on it with sliding or roller bearings, which is designed according to at least one aspect of the preceding description.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Streckenführung mit Führungswagen, einer Leiterplatte und erfindungsgemäßen Kontakten ist in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.An embodiment of a route according to the invention with a guide carriage, a circuit board and contacts according to the invention is shown in the drawings. The invention will now be explained in more detail with the aid of the figures of these drawings.

Es zeigen:

  • 1 eine Streckenführung mit Führungswagen in schematischer Darstellung und perspektivischer Ansicht, gemäß einem Ausführungsbeispiel,
  • 2 den Führungswagen gemäß 1 mit Leiterplatte in einem Detailschnitt,
  • 3 ein Detailschnitt des Führungswagens gemäß den Figuren im Bereich der Leiterplatte und einer davon kontaktierten Sensorschicht, und
  • 4 bis 6 die Sensorschicht des Führungswagens in einem Detailschnitt, unkontaktiert, vor der Montage des Kontaktes auf der Sensorschicht und in kontaktiertem Zustand.
Show it:
  • 1 a route with guide car in a schematic representation and perspective view, according to an embodiment,
  • 2 the carriage according to 1 with printed circuit board in a detailed section,
  • 3 a detailed section of the guide carriage according to the figures in the area of the circuit board and a sensor layer contacted by it, and
  • 4th until 6th the sensor layer of the guide carriage in a detailed section, uncontacted, before the assembly of the contact on the sensor layer and in the contacted state.

Gemäß 1 hat eine Linear- oder Streckenführung 1 eine Führungsschiene 2, an der ein Führungswagen 4 wälzgelagert geführt ist. Eine Erstreckungsrichtung, und damit Führungs- und Abwälzrichtung, ist mit x, eine Hochachse des Führungswagens 4 mit z und eine Querachse mit y bezeichnet. Der Führungswagen 4 ist entlang der Führungsschiene 2 linear beweglich. Als am Führungswagen 4 wirksame Last sind eine Kraft F und ein Moment M beispielhaft angetragen. Diese Last soll erfasst werden.According to 1 has a linear or route guidance 1 a guide rail 2 on which a guide carriage 4th Is guided by roller bearings. A direction of extension, and thus the direction of guidance and rolling, is with x, a vertical axis of the guide carriage 4th denoted by z and a transverse axis by y. The guide carriage 4th is along the guide rail 2 linearly movable. As on the guide carriage 4th effective load, a force F and a moment M are shown by way of example. This load should be recorded.

2 zeigt einen in einer y-z-Ebene geführten Schnitt der Streckenführung 1 gemäß 1. Der Führungswagen 4 hat im Ausführungsbeispiel vier Linear-Wälzlager mit Reihen endlos umlaufender, im Ausführungsbeispiel rollenförmig ausgebildeter, Wälzkörper 6. Eine abweichende Form der Wälzkörper 6, beispielsweise eine Kugelform, sowie auch eine andere Anzahl von Reihen, sind natürlich möglich. Alternativ ist eine Gleitlagerung möglich. Führungswagenseitig wälzen die Wälzkörper 6 auf einer Wagenwälzbahn 8 des Linear-Wälzlagers, schienenseitig auf einer Schienenwälzbahn 10 des Linear-Wälzlagers lastübertragend ab. Die Führungsschiene 2 erstreckt sich in x-Richtung mit konstantem Außenquerschnitt. Sie besteht vorzugsweise aus Stahl und ist wenigstens im Bereich der Schienenlaufbahnen 10 gehärtet. 2 shows a section of the route taken in a yz plane 1 according to 1 . The guide carriage 4th has in the embodiment four linear roller bearings with rows of endlessly rotating, in the embodiment roller-shaped, rolling elements 6th . A different shape of the rolling elements 6th , for example a spherical shape, as well as a different number of rows, are natural possible. Alternatively, a plain bearing is possible. The rolling elements roll on the carriage side 6th on a wagon rolling track 8th of the linear rolling bearing, on the rail side on a rolling rail track 10 of the linear roller bearing transferring the load. The guide rail 2 extends in the x-direction with a constant external cross-section. It is preferably made of steel and is at least in the area of the rail tracks 10 hardened.

Die jeweilige Wagenwälzbahn 8 ist von der zur Führungsschiene 2 gewandten Oberfläche einer Wagenwälzbahneinlage 12 des Linear-Wälzlagers gebildet, die rückwärtig mit einem Hauptkörper 5 des Führungswagens 4 verklebt ist. Alternativ ist ihre kraft-/reibschlüssige und / oder formschlüssige Anordnung am Hauptkörper 5 möglich. Die Wagenwälzbahnen 8 können natürlich auch einstückig mit dem Hauptkörper 5 gebildet sein.The respective wagon rolling track 8th is from the to the guide rail 2 turned surface of a rolling track insert 12th of the linear roller bearing formed rearwardly with a main body 5 of the guide carriage 4th is glued. Alternatively, their non-positive, frictional and / or positive arrangement on the main body 5 is possible. The wagon rolling tracks 8th can of course also be formed in one piece with the main body 5.

Auf dem Führungswagen 4 ist eine erfindungsgemäße Leiterplatte 14 angeordnet, von der eine piezoresistive Sensorschicht kontaktiert ist, was anhand der folgenden 3 und 4 erläutert wird. Weitere Schilderungen zum Grundaufbau der Streckenführung 1 und ihres Führungswagens 4 sind entbehrlich, da dieser Grundaufbau hinreichend aus dem Stand der Technik bekannt ist.On the guide carriage 4th is a circuit board according to the invention 14th arranged, from which a piezoresistive sensor layer is contacted, which is based on the following 3 and 4th is explained. Further descriptions of the basic structure of the route 1 and their guide car 4th can be dispensed with, as this basic structure is sufficiently known from the prior art.

3 bildet einen in einer Paralleleben zur y-z-Ebene durch die Leiterplatte 14 und den Führungswagen 4 geführten Detail-Schnitt ab. 3 forms one in a parallel plane to the yz plane through the circuit board 14th and the guide carriage 4th guided detail cut.

Demgemäß hat die Leiterplatte 14 eine Platte oder Platine 16, auf der eine Vielzahl von elektrischen Leitern und elektronischen Bauteilen 18, 20 angeordnet sind. Die Platte 16 ist auf einem plattenförmigen Träger 22 über Schrauben 24 befestigt, wobei der Träger sich über die Platte 16 randseitig hinaus erstreckt. Überdeckt ist die Platte 16 von einem topförmigen, flachen Gehäuse 26, sodass sie gegen Beschädigung durch äußere Krafteinwirkung geschützt ist. Das Gehäuse 26 ist mittels Schrauben 28 am Träger 22 befestigt, die im genannten randseitigen Bereich des Trägers 22 eingreifen.Accordingly, the circuit board has 14th a plate or board 16 on a variety of electrical conductors and electronic components 18th , 20th are arranged. The plate 16 is on a plate-shaped carrier 22nd about screws 24 attached, with the carrier extending over the plate 16 the edge extends out. The plate is covered 16 from a pot-shaped, flat housing 26th so that it is protected against damage from external forces. The case 26th is by means of screws 28 on the carrier 22nd attached, in the said edge-side area of the carrier 22nd intervention.

Ein Oberflächenabschnitt des Führungswagens 4 ist mit einer daran abgeschiedenen piezoresistiven Sensorschicht 30 versehen. Der Oberflächenabschnitt bildet somit ein Substrat für die Sensorschicht 30. Schrauben 32 durchgreifen den Träger 22 und die piezoresistive Schicht 30 und sind im Führungswagen verankert.A surface section of the guide block 4th is with a piezoresistive sensor layer deposited on it 30th Mistake. The surface section thus forms a substrate for the sensor layer 30th . Screws 32 take hold of the carrier 22nd and the piezoresistive layer 30th and are anchored in the guide carriage.

Von einer Oberseite der Platte 16 erstrecken sich erfindungsgemäße Kontakte 34 durch die Platte 16 hindurch zu deren Unterseite, weiter durch den Träger 22 hindurch, hin zur piezoresitiven Sensorschicht 30. Der jeweilige Kontakt 34 hat dabei einen ersten Kontaktabschnitt 36 in Kontakt mit einem der Leiter 18 oder elektronischen Bauteilen 20. Der Kontakt 34 erstreckt sich mit einem starren, vergleichsweise dünnen geraden Abschnitt 38 durch die Platte 16 und einen oberen Abschnitt des Trägers 22. In diesem ist eine stufige Durchgangsausnehmung 40 vorgesehen, die vom Kontakt 34 durchgriffen ist. Im radial erweiterten Abschnitt der Durchgangsausnehmung 40 erstreckt sich der Kontakt 34 mit einem von einem elektrisch leitfähigen Gummi gebildeten, weich elastischen Abschnitt 42. Dieser ist einerseits an der Radialschulter der Durchgangsausnehmung abgestützt und trägt andererseits an seinem zur piezoresistiven Schicht 30 weisenden Endabschnitt stirnseitig einen zweiten Kontaktabschnitt 44. Konstruktiv ist der elastische Abschnitt 42 länger vorgesehen als der radial erweiterte Abschnitt der Durchgangsausnehmung tief ist, sodass der elastische Abschnitt 42 vor der Montage des Trägers 22 mit einem Überstand aus der Durchgangsausnehmung 40 herausragt (vgl. 5). Beim Aufsetzen des Trägers 22 gemäß 6 wird daher der elastische Abschnitt 42 komprimiert, wodurch der zweite Kontaktabschnitt 44 mit der resultierenden Spannkraft auf die piezoresistive Schicht 30 drückt.From a top of the plate 16 contacts according to the invention extend 34 through the plate 16 through to their underside, further through the carrier 22nd through to the piezoresistive sensor layer 30th . The respective contact 34 has a first contact section 36 in contact with one of the leaders 18th or electronic components 20th . The contact 34 extends with a rigid, comparatively thin straight section 38 through the plate 16 and an upper portion of the carrier 22nd . In this is a stepped through recess 40 provided by the contact 34 is penetrated. In the radially expanded section of the through recess 40 extends the contact 34 with a soft elastic section formed by an electrically conductive rubber 42 . This is supported on the one hand on the radial shoulder of the through recess and on the other hand contributes to its piezoresistive layer 30th facing end section at the end a second contact section 44 . The elastic section is constructive 42 Provided longer than the radially widened section of the through recess is deep, so that the elastic section 42 before mounting the carrier 22nd with a protrusion from the through recess 40 protrudes (cf. 5 ). When putting on the carrier 22nd according to 6th therefore becomes the elastic portion 42 compressed, whereby the second contact portion 44 with the resulting clamping force on the piezoresistive layer 30th presses.

Um die Kontaktvermittlung zu verbessern, wurde vor der Montage auf die piezoresistive Schicht 30 ein elektrisch leitfähiger Klebstoff 46 aufgetragen (vgl. 4 bis 6).In order to improve the contact transfer, the piezoresistive layer was applied before the assembly 30th an electrically conductive adhesive 46 applied (cf. 4th until 6th ).

Zum Aufbringen der piezoresistiven Schicht 30 kann das Substrat, abhängig von dessen Ausgangszustand und der Art der daran abzuscheidenden Schicht 30, bearbeitet werden, um eine niedrige Rauhigkeit und somit eine gute Schichthaftung zu erreichen. So werden insbesondere Kurzschlüsse durch lokale Spitzen, die die Schicht 30 durchstoßen könnten, vermieden. Als Sensorschicht eignet sich jede Schicht, die einen piezoresistiven Effekt in einer Größenordnung aufweist, dass sich die Änderung des Widerstandes messtechnisch gut erfassen lässt. Unter diesem Gesichtspunkt ist es gut, wenn ein Ausgangswiderstand der Schicht 30, also in unbelastetem Zustand des Führungswagens 4, nicht zu hoch oder zu niedrig ist. Widerstände eines Sensorelements zwischen 100 Ohm und wenigen Megaohm sind hierfür wünschenswert. Zu niedrige Widerstände erhöhen die Stromaufnahme und Eigenerwärmung der Elemente, zu hohe Widerstände erschweren eine präzise Erfassung durch erhöhtes thermisches Rauschen und im Allgemeinen unpräzisere Referenzen (Widerstände, Stromquellen, etc.). Weiterhin muss beachtet werden, dass der piezoresistive Effekt isotrop wirkt, und insbesondere nicht von der Richtung des Stromflusses abhängt, da die Messung senkrecht zur auftretenden Dehnung stattfindet. Bei vielen kristallinen Materiale, beispielsweise Silizium ist der piezoresistive Effekt jedoch stark richtungsabhängig und so ggf. technisch nicht brauchbar für eine konkrete Anwendung. Geeignet ist unter all diesen Aspekten insbesondere eine amorphe Schicht 30 aus diamantähnlichem Kohlenstoff (DLC). Bei dieser Art Schicht 30 können die Abscheidungsparameter so angepasst werden, dass sich Widerstände von 1-2 Megaohm bei einer Kontaktfläche von 1 mm2 erreichen lassen, unbelastet und bei Raumtemperatur. Zugleich werden k-Faktoren in der Praxis von bis ca. 100 erreicht. Außerdem zeichnen sich DLC Schichten durch eine gute Haftung und hohe Härte aus, wodurch die mechanische Beständigkeit erhöht wird. Auch bzgl. der Temperatur ergeben sich quasi keine Einschränkungen in den industriell üblichen Temperaturregimen (-20 bis 100°C). Lediglich eine erhebliche Abhängigkeit des Widerstands von der Temperatur erschwert den Einsatz als Sensorschicht 30. Aus diesem Grund sollte eine Kalibrierung bzgl. des Temperaturgangs durchgeführt werden, und dann die Temperatur an der Oberfläche bestimmt werden. Außerdem kann durch eine Verrechnung der einzelnen Signale der lokalen Kontakte 34 gegeneinander, ggf. mittels einer geschickten Platzierung der Kontakte 34 relativ zueinander, eine Temperaturempfindlichkeit erheblich kompensiert oder reduziert werden.For applying the piezoresistive layer 30th can be the substrate, depending on its initial state and the type of layer to be deposited on it 30th , processed in order to achieve a low roughness and thus a good layer adhesion. In particular, short circuits are caused by local peaks that affect the layer 30th could pierce, avoided. A suitable sensor layer is any layer that has a piezoresistive effect of such a magnitude that the change in resistance can be easily detected by measurement. From this point of view, it is good if the layer has an initial resistance 30th , i.e. in the unloaded state of the guide carriage 4th , is not too high or too low. Resistances of a sensor element between 100 ohms and a few megohms are desirable for this. Resistances that are too low increase the power consumption and self-heating of the elements, while resistances that are too high make precise detection more difficult due to increased thermal noise and generally less precise references (resistors, power sources, etc.). It must also be noted that the piezoresistive effect has an isotropic effect and, in particular, does not depend on the direction of the current flow, since the measurement takes place perpendicular to the strain occurring. In the case of many crystalline materials, for example silicon, the piezoresistive effect is, however, strongly direction-dependent and so possibly not technically useful for a specific application. Suitable is from all these aspects, especially an amorphous layer 30th made of diamond-like carbon (DLC). With this kind of shift 30th the deposition parameters can be adjusted so that resistances of 1-2 megohms can be achieved with a contact area of 1 mm 2 , unloaded and at room temperature. At the same time, k-factors of up to approx. 100 are achieved in practice. In addition, DLC layers are characterized by good adhesion and high hardness, which increases mechanical resistance. Also with regard to the temperature there are virtually no restrictions in the temperature regimes customary in industry (-20 to 100 ° C). Only a considerable dependence of the resistance on the temperature makes it difficult to use as a sensor layer 30th . For this reason, the temperature curve should be calibrated and then the temperature on the surface should be determined. In addition, by offsetting the individual signals from the local contacts 34 against each other, if necessary by means of a clever placement of the contacts 34 relative to each other, a temperature sensitivity can be significantly compensated or reduced.

Der elastische Abschnitt 42 mit seinem zweiten Kontaktabschnitt 44 ist derart weich, dass auch schon bei geringer Spannkraft und daraus resultierendem Anpressdruck eine hohe effektive Kontaktfläche erreicht wird. Mit effektiver Fläche ist damit die Fläche gemeint, die sich der zweite Kontaktabschnitt 44 und die kontaktierte Oberfläche der piezoresistiven Schicht 30 tatsächlich teilen. Diese wird bei zunehmender Starrheit des zweiten Kontaktabschnitts 44 durch geometrische Unstimmigkeiten verringert und ist kleiner als die scheinbare Kontaktfläche. Makroskopisch kann dies z.B. eine Abweichung in der Parallelität der Flächen sein oder eine Wölbung. Durch die Wahl eines weichen Materials für den elastischen Abschnitt 42 kann dies vermindert werden, da dann solche Abweichungen auch schon bei geringen Drücken ausgeglichen werden.The elastic section 42 with its second contact section 44 is so soft that even with a low clamping force and the resulting contact pressure, a high effective contact surface is achieved. With the effective area is meant the area that is the second contact section 44 and the contacted surface of the piezoresistive layer 30th actually share. This becomes as the rigidity of the second contact section increases 44 reduced by geometric inconsistencies and is smaller than the apparent contact area. Macroscopically, this can be, for example, a deviation in the parallelism of the surfaces or a curvature. By choosing a soft material for the elastic section 42 this can be reduced, since such deviations can then be compensated for even at low pressures.

Mikroskopisch entsteht durch genannte Rauhigkeiten eine Verringerung der tatsächlichen Fläche. Ein sich daraus ergebender Widerstand wird auch als Engewiderstand bezeichnet und lässt sich, bei gegebenen Materialien und Oberflächen, des zweiten Kontaktabschnitts 44 und der Schicht 30, ggf. durch den Kontaktvermittler 46 reduzieren (vgl. 4 bis 6).Microscopically, the roughness mentioned results in a reduction in the actual surface. A resistance resulting therefrom is also referred to as tightness resistance and, given the materials and surfaces, can be determined from the second contact section 44 and the layer 30th , if necessary by the contact agent 46 reduce (cf. 4th until 6th ).

Diese 46 ist beispielsweise ein leitfähiger Klebstoff oder ein leitfähiges Schmiermittel. Die Verwendung eines Klebstoffes hat den Vorteil, das sich nach dem Aushärten eine stabilere Verbindung herstellt als beim Schmiermittel, dass flüssig bleibt und sich daher noch bewegen kann.These 46 is for example a conductive adhesive or a conductive lubricant. The use of an adhesive has the advantage that after hardening a more stable connection is established than with a lubricant that remains liquid and can therefore still move.

Es ist anzumerken, dass der Engewiderstand und auch der Widerstand durch makroskopische Abweichungen, wenn er konstant bleibt, in einer Kalibrierung entfernt werden kann. Da sich bei beiden lediglich die kontaktierte Fläche ändert, wirkt sich das nicht auf das relative Widerstandssignal aus. Es besteht jedoch die Gefahr, dass sich entweder über die Zeit, z.B. durch eine Verringerung der Spannkraft und des Anpressdrucks, insbesondere durch Alterung oder Relaxationseffekte, oder aber im Einsatz durch eine leichte Änderung der Position von Träger 22 und Substrat zueinander, die parasitären Widerstände/tatsächlichen Flächen ändern, was eine präzise Interpretation der Messdaten erschwert. Deshalb sollten diese Widerstände von Anfang an möglichst klein gehalten werden, bzw. eine möglichst vollflächige und stabile Kontaktierung angestrebt werden. Gummi eignet sich hierfür aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften besonders gut, da hierdurch ein (vergleichsweise) konstanter Anpressdruck erreicht werden kann, auch wenn sich der Abstand zwischen Substrat und Träger 22 minimal ändern sollte. Durch das geringe E-Modul von Gummi kann zudem auch schon bei geringem Anpressdruck eine hohe effektive Kontaktfläche erreicht werden, anders als bei harten Materialien wie Metallen, bei denen sehr präzise geometrische Toleranzen eingehalten werden müssten.It should be noted that the tightness resistance and also the resistance due to macroscopic deviations, if it remains constant, can be removed in one calibration. Since only the contacted area changes in both, this does not affect the relative resistance signal. However, there is a risk that either over time, for example due to a reduction in the clamping force and the contact pressure, in particular due to aging or relaxation effects, or in use due to a slight change in the position of the carrier 22nd and substrate to each other, the parasitic resistances / actual surfaces change, which makes precise interpretation of the measurement data difficult. Therefore, these resistances should be kept as small as possible right from the start, or a stable contact should be aimed for as full-surface as possible. Due to its mechanical properties, rubber is particularly well suited for this, since it enables a (comparatively) constant contact pressure to be achieved, even if the distance between the substrate and the carrier is different 22nd should change minimally. Due to the low modulus of elasticity of rubber, a high effective contact surface can be achieved even with low contact pressure, unlike with hard materials such as metals, where very precise geometrical tolerances have to be adhered to.

Der Träger 22 und das Gehäuse 26 bestehen aus einem schlecht elektrisch leitfähigen Material. Vor allem ist es deutlich schlechter leitfähig, als der Kontakt 34 und die Sensorschicht 30. Geeignet sind hier Produkte aus Spritzguss oder 3D Druck.The carrier 22nd and the case 26th consist of a poorly electrically conductive material. Above all, it is significantly less conductive than the contact 34 and the sensor layer 30th . Products made of injection molding or 3D printing are suitable here.

Alternativ, bei weniger hohen benötigten Anpressdrücken, können anstatt der gezeigten Schraubverbindungen eine Einrastvorrichtung am Träger 22 mit entsprechender Gegenstelle im Substrat vorgesehen sein. Diese können direkt gedruckt sein.Alternatively, if the required contact pressures are lower, instead of the screw connections shown, a latching device can be used on the carrier 22nd be provided with a corresponding counterpart in the substrate. These can be printed directly.

Besonders effektiv und kostengünstig sind die schmalen und starren Abschnitte 38 der Kontakte 34 von Pins gebildet, die mit den Leitern 18 oder elektronischen Bauteilen 20 auf der Platte 16 verlötet sind. Das Muster der Kontakt 34 auf der Platte entspricht dabei dem Muster der Kontakte 34 in Anlage mit der Sensorschicht 30. Diese Form der Kontaktierung ist schnell herzustellen und mechanisch stabil.The narrow and rigid sections are particularly effective and inexpensive 38 of contacts 34 formed by pins that connect to the conductors 18th or electronic components 20th on the plate 16 are soldered. The pattern of contact 34 on the plate corresponds to the pattern of the contacts 34 in contact with the sensor layer 30th . This form of contact can be established quickly and is mechanically stable.

Ist die Schicht 30 über die Kontakte 34 kontaktiert, so erfolgt die weitere Signalverarbeitung zunächst über die Leiterplatte 14. Grundlage ist eine Widerstandsmessung. Je nach gewähltem Material der Sensorschicht 30 bieten sich unterschiedliche Methoden an. Für geringere Widerstände ist die Beschaltung mit einer Konstantstromquelle möglich, für höhere Widerstände ist dies mit kommerziellen Stromquellen nur schwer präzise möglich, weshalb sich hier eine Beschaltung mit einem Spannungsteiler und einer Konstantspannungsquelle anbietet. Es kann dann auch eine Signalkonditionierung durch Einsatz eines Tiefpasses mit geeigneter Grenzfrequenz erfolgen. Eine geeignete Frequenz richtet sich hierbei nach der Anwendung. Auch kann auf der Leiterplatte 14 bereits eine Digitalisierung erfolgen. Gerade dann bietet sich ein Tiefpass zur Reduktion von Aliasing an. Je nach Art der Analog-Digitalfilterung kann es weiterhin notwendig sein, eine Verstärkerschaltung auf die Leiterplatte 14 aufzubringen, um eine Verfälschung des Signals durch zusätzliche Eingangskapazitäten zu vermeiden. Einmal digitalisiert, können die Widerstände/Spannungen dann entweder direkt über eine Schnittstelle zu einem A/D Wandler nach außen gegeben werden, oder aber es folgt eine Auswertung lokal durch eine digitale Recheneinheit der Leiterplatte 14, etwa durch einen Microcontroller oder einen FPGA. Das Einbringen der gesamten Messkette direkt im Gehäuse 26 ermöglicht auch, die Leitungen minimal zu halten und so EMV Einflüsse zu verringern. Zudem ist diese Vorgehensweise leicht zu industrialisieren, da keine weitere komplexe Aufbau- und Verbindungstechnik notwendig ist. Der genaue Auswertealgorithmus, der die gemessenen Widerstände, bzw. äquivalente Dehnungen dann in die zu messende Größe, etwa eine auf den Körper einwirkende Last, umrechnet, ist abhängig von der Anwendung.Is the shift 30th about the contacts 34 contacted, the further signal processing is initially carried out on the circuit board 14th . The basis is a resistance measurement. Depending on the selected material of the sensor layer 30th There are different methods available. For lower resistances, the connection with a constant current source is possible, for higher resistances this is difficult to do precisely with commercial current sources, which is why A circuit with a voltage divider and a constant voltage source is an option here. Signal conditioning can then also take place by using a low-pass filter with a suitable cut-off frequency. A suitable frequency depends on the application. Also can be on the circuit board 14th digitization is already taking place. Especially then, a low-pass filter can be used to reduce aliasing. Depending on the type of analog-digital filtering, it may still be necessary to have an amplifier circuit on the circuit board 14th to be applied in order to avoid corruption of the signal by additional input capacitances. Once digitized, the resistances / voltages can then either be sent to the outside directly via an interface to an A / D converter, or they can be evaluated locally by a digital processing unit on the circuit board 14th , for example by a microcontroller or an FPGA. Bringing the entire measuring chain directly into the housing 26th also enables the lines to be kept to a minimum and thus to reduce EMC influences. In addition, this procedure is easy to industrialize, since no further complex assembly and connection technology is necessary. The exact evaluation algorithm, which then converts the measured resistances or equivalent strains into the quantity to be measured, such as a load acting on the body, depends on the application.

Offenbart ist ein Kontakt mit einem sich gerade erstreckenden elastischen Abschnitt, über dessen elastische Deformation, insbesondere Kompression eine Kontaktkraft des Kontakts auf einen zu kontaktierendes elektrisches Bauelement aufprägbar ist.Disclosed is a contact with an elastic section that extends in a straight line, via whose elastic deformation, in particular compression, a contact force of the contact can be impressed on an electrical component to be contacted.

Offenbart ist weiterhin eine Leiterplatte mit dem Kontakt, wobei ein Kontaktabschnitt mit einem Leiter, elektrischen Bauelement oder elektronischen Bauelement der Leiterplatte verbunden und der andere Kontaktabschnitt in Anlage mit dem zu kontaktierenden elektrischen Bauelement ist oder zumindest bringbar ist.A circuit board with the contact is also disclosed, wherein one contact section is connected to a conductor, electrical component or electronic component of the circuit board and the other contact section is or can at least be brought into contact with the electrical component to be contacted.

Offenbart ist weiterhin ein Führungswagen mit der Leiterplatte, wobei eine insbesondere piezoresistive Sensorschicht am Führungswagen zur Erfassung einer am Führungswagen angreifenden Last vorgesehen ist, wobei auf die Sensorschicht und/oder eine elektrische Masse des Führungswagens der Kontakt oder mehrere solcher Kontakte gespannt ist oder sind.A guide carriage with the printed circuit board is also disclosed, a particularly piezoresistive sensor layer being provided on the guide carriage for detecting a load acting on the guide carriage, the contact or several such contacts being or are tensioned on the sensor layer and / or an electrical ground of the guide carriage.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
StreckenführungRouting
22
FührungsschieneGuide rail
44th
FührungswagenGuide carriage
66th
WälzkörperRolling elements
88th
WagenwälzbahnWagon rolling track
1010
SchienenwälzbahnRolling rail track
1212th
WagenwälzbahneinlageRoller track insert
1414th
LeiterplatteCircuit board
1616
Platte/PlatinePlate / board
1818th
elektrischer Leiterelectrical conductor
2020th
elektronisches Bauteilelectronic component
2222nd
Trägercarrier
2424
Schraubescrew
2626th
Gehäusecasing
2828
Schraubescrew
3030th
piezoresistive Sensorschichtpiezoresistive sensor layer
3232
Schraubescrew
3434
KontaktContact
3636
erster Kontaktabschnittfirst contact section
3838
starrer Abschnittrigid section
4040
DurchgangsausnehmungThrough recess
4242
elastischer Abschnittelastic section
4444
zweiter Kontaktabschnittsecond contact section
4646
Kontaktverm ittlerContact agent

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102016210109 A1 [0004, 0005]DE 102016210109 A1 [0004, 0005]
  • DE 10243095 B4 [0008]DE 10243095 B4 [0008]
  • DE 102017214815 A1 [0009]DE 102017214815 A1 [0009]

Claims (15)

Elektrischer Kontakt mit einem ersten Kontaktabschnitt (36) zum Verbinden mit einer Leiterplatte (14) und mit einem zweiten Kontaktabschnitt (44) zum Kontaktieren eines elektrischen Bauelements (30) oder einer elektrischen Masse (4) oder einer Elektrode davon, und mit einem elastischen Abschnitt (42) zum Spannen zumindest des zweiten Kontaktabschnitts (44) gegen das elektrische Bauelement (30) oder die Masse (4) oder die Elektrode, dadurch gekennzeichnet, dass sich der elastische Abschnitt (42) gerade erstreckt, insbesondere block-, zylinder- oder konusförmig.Electrical contact with a first contact section (36) for connecting to a printed circuit board (14) and with a second contact section (44) for contacting an electrical component (30) or an electrical ground (4) or an electrode thereof, and with an elastic section (42) for tensioning at least the second contact section (44) against the electrical component (30) or the mass (4) or the electrode, characterized in that the elastic section (42) extends straight, in particular block, cylinder or conical. Kontakt nach Anspruch 1, wobei der elastische Abschnitt (42) von einem elektrisch leitfähigen Elastomer gebildet ist.Contact after Claim 1 wherein the elastic portion (42) is formed from an electrically conductive elastomer. Kontakt nach Anspruch 1 oder 2, wobei vom elastischen Abschnitt (42) ein Endabschnitt des Kontakts (34) gebildet ist.Contact after Claim 1 or 2 , wherein an end portion of the contact (34) is formed by the elastic portion (42). Kontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite Kontaktabschnitt (44) am elastischen Abschnitt (42), insbesondere stirnseitig an diesem, ausgebildet ist.Contact for one of the Claims 1 until 3 , wherein the second contact section (44) is formed on the elastic section (42), in particular on the front side of the latter. Leiterplatte zur Verarbeitung eines elektrischen Signals wenigstens eines elektrischen Bauelements (30) oder einer elektrischen Masse (4), mit einer elektrisch isolierenden Platte (16) und darauf angeordneten, elektrischen Leitern (18) und/oder elektronischen Bauelementen (20), und mit wenigstens einem sich davon weg erstreckenden Kontakt (34) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen erster Kontaktabschnitt (36) mit einem der Leiter (18) oder elektronischen Bauelementen (20) verbunden ist.Circuit board for processing an electrical signal of at least one electrical component (30) or an electrical ground (4), with an electrically insulating plate (16) and electrical conductors (18) and / or electronic components (20) arranged thereon, and with at least a contact (34) extending therefrom according to one of the preceding claims, the first contact section (36) of which is connected to one of the conductors (18) or electronic components (20). Leiterplatte nach Anspruch 5 mit einem Anschlag, an dem der elastische Abschnitt (42), insbesondere zum Spannen, abgestützt ist.PCB according to Claim 5 with a stop on which the elastic section (42) is supported, in particular for tensioning. Leiterplatte nach Anspruch 5 oder 6 mit einem Träger (22), an dem die Platte (16) angeordnet und/oder befestigt ist.PCB according to Claim 5 or 6th with a carrier (22) on which the plate (16) is arranged and / or fastened. Leiterplatte nach Anspruch 7 mit Befestigungsmitteln (32), über die der Träger (22) an einem Bauteil (4), insbesondere der elektrischen Masse, befestigbar ist.PCB according to Claim 7 with fastening means (32) by means of which the carrier (22) can be fastened to a component (4), in particular the electrical ground. Leiterplatte nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Träger (22) von wenigstens einer Durchgangsausnehmung (40) durchsetzt ist, die zumindest vom elastischen Abschnitt (42) durchgriffen ist.PCB according to Claim 7 or 8th wherein the carrier (22) is penetrated by at least one through recess (40) which is penetrated by at least the elastic section (42). Leiterplatte nach Anspruch 9, wobei die wenigstens eine Durchgangsausnehmung (40) von einem vergleichsweise starren Abschnitt (38) des Kontaktes (34) durchgriffen ist, über den der elastische Abschnitt (42) mit dem ersten Kontaktabschnitt (36) verbunden ist.PCB according to Claim 9 wherein the at least one through recess (40) is penetrated by a comparatively rigid section (38) of the contact (34) via which the elastic section (42) is connected to the first contact section (36). Leiterplatte nach Anspruch 9 oder 10, wobei der zweite Kontaktabschnitt (44) in ungespanntem Zustand aus der Durchgangsausnehmung (44) herausragt.PCB according to Claim 9 or 10 , wherein the second contact section (44) protrudes from the through recess (44) in the untensioned state. Leiterplatte nach einem der Ansprüche 5 bis 11 mit einer Abdeckung oder einem Gehäuse (26), von der oder dem die Platte (16) überspannt ist, und die oder das am Träger (22) befestigt ist.PCB according to one of the Claims 5 until 11th with a cover or a housing (26) from which the plate (16) is spanned and which is attached to the carrier (22). Leiterplatte zumindest nach Anspruch 9 oder Anspruch 8 und 9, wobei an einer dem elektrischen Bauelement (30) oder der elektrischen Masse (4) oder der Elektrode zuwendbaren Seite des Trägers (22), an der eine Mündung oder Mündungen der wenigstens einen Durchgangsausnehmung (40) angeordnet ist oder sind, eine diese umrandende Dichtung zur Anlage am elektrischen Bauelement (30), an der Masse oder am Bauteil (4) vorgesehen ist.PCB at least after Claim 9 or Claim 8 and 9 , wherein on one of the electrical component (30) or the electrical ground (4) or the electrode facing side of the carrier (22), on which a mouth or mouths of the at least one passage recess (40) is or are arranged, a seal surrounding this is provided for installation on the electrical component (30), on the ground or on the component (4). Führungswagen zur gleit- oder wälzgelagerten Führung an einer Führungsschiene (2) einer Strecken- oder Linearführung (1), an dem eine Leiterplatte (14) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 13 angeordnet ist, wobei vom zweiten Kontaktabschnitt (44) ein elektrisches Bauelement (30) oder eine elektrische Masse des Führungswagens (4) oder eine Elektrode kontaktiert ist, und wobei der zweite Kontaktabschnitt (44) über den elastischen Abschnitt (42) gegen das elektrische Bauelement (30) oder die elektrische Masse (4) oder die Elektrode gespannt ist.Guide carriage for sliding or roller bearing guidance on a guide rail (2) of a track or linear guide (1) on which a printed circuit board (14) according to one of the Claims 5 until 13th is arranged, wherein an electrical component (30) or an electrical ground of the guide carriage (4) or an electrode is contacted by the second contact section (44), and wherein the second contact section (44) via the elastic section (42) against the electrical component (30) or the electrical ground (4) or the electrode is tensioned. Führungswagen nach Anspruch 14 mit einer Wälzbahneinlage (12), an der Wälzkörper (6) abwälzbar sind, wobei rückwärtig an der Wälzbahneinlage (12) eine piezoelektrische Schicht (30) angeordnet ist, an der rückwärtig verteilt Elektroden angeordnet sind, von denen zur Auswertung eines Sensorsignals wenigstens eine vom zweiten Kontaktabschnitt (44) kontaktiert ist.Guide carriage after Claim 14 with a rolling track insert (12) on which the rolling elements (6) can be rolled, a piezoelectric layer (30) being arranged at the rear of the rolling track insert (12), on which electrodes are arranged distributed at the rear, of which at least one is provided for evaluating a sensor signal second contact portion (44) is contacted.
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