DE102021212587A1

DE102021212587A1 - Sensor arrangement, fuel cell system with a sensor arrangement and method for producing a sensor arrangement

Info

Publication number: DE102021212587A1
Application number: DE102021212587.5A
Authority: DE
Inventors: Jochen Glasbrenner; Otto Mueller; Andreas Raichle; Martin Katz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-11-09
Filing date: 2021-11-09
Publication date: 2023-05-11

Abstract

Eine Sensoranordnung umfasst eine Sensoreinrichtung mit einem Sensorgehäuse und einer Erfassungseinheit. Das Sensorgehäuse definiert einen Innenraum, wobei an einer Außenfläche des Sensorgehäuses eine Mehrzahl elektrischer Kontaktstrukturen ausgebildet sind, und wobei das Sensorgehäuse eine Öffnung aufweist, die den Innenraum fluidisch leitend mit der Umgebung verbindet. Die Erfassungseinheit ist im Innenraum des Sensorgehäuses angeordnet, elektrisch mit den Kontaktstrukturen verbunden und dazu eingerichtet, einen Feuchtegehalt von Gas zu erfassen. Die Sensoranordnung umfasst ferner Mehrzahl an elektrischen Leitern, wobei je ein Leiter mit je einer Kontaktstruktur elektrisch verbunden ist, und eine Schutzummantelung, welche das Sensorgehäuse derart umschließt, dass die elektrischen Kotaktstrukturen vollständig und die elektrischen Leiter zumindest teilweise durch die Schutzummantelung eingekapselt sind und die Öffnung des Sensorgehäuses zur Umgebung exponiert ist.A sensor arrangement includes a sensor device with a sensor housing and a detection unit. The sensor housing defines an interior space, a plurality of electrical contact structures being formed on an outer surface of the sensor housing, and the sensor housing having an opening which fluidly conductively connects the interior space to the environment. The detection unit is arranged in the interior of the sensor housing, is electrically connected to the contact structures and is set up to detect a moisture content of gas. The sensor arrangement further comprises a plurality of electrical conductors, one conductor each being electrically connected to one contact structure each, and a protective casing which encloses the sensor housing in such a way that the electrical contact structures are completely encapsulated and the electrical conductors are at least partially encapsulated by the protective casing and the opening of the sensor housing is exposed to the environment.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, insbesondere eine Sensoranordnung zum Erfassen bzw. Messen eines Feuchtegehalts eines Gases, ein Brennstoffzellensystem mit einer solchen Sensoranordnung und ein Verfahren zum Herstellen der Sensoranordnung.The present invention relates to a sensor arrangement, in particular a sensor arrangement for detecting or measuring a moisture content of a gas, a fuel cell system with such a sensor arrangement and a method for producing the sensor arrangement.

Stand der TechnikState of the art

In Brennstoffzellensystemen kann es aus verschiedenen Gründen vorteilhaft sein, einen Feuchtegehalt eines Gases zu erfassen. Beispielsweise wird in der US 6 994 267 B2 offenbart, Luft und Wasserstoff, welche jeweils als Reaktionspartner einer Brennstoffzelle zugeführt werden, zu befeuchten und einen Feuchtegehalt der Luft und des Wasserstoffs nach der Befeuchtung zu erfassen, um einen Feuchteeintrag in die Brennstoffzelle angepasst an Anforderungen einer Elektrolytmembrane der Brennstoffzelle zu regeln.In fuel cell systems, it can be advantageous for various reasons to detect a moisture content of a gas. For example, in the U.S. 6,994,267 B2 discloses humidifying air and hydrogen, which are each supplied as reactants to a fuel cell, and detecting a moisture content of the air and of the hydrogen after humidification in order to regulate moisture input into the fuel cell in a manner adapted to the requirements of an electrolyte membrane of the fuel cell.

In der US 7 373 819 B2 ist ferner ein MEMS-Sensor zur Erfassung einer Feuchtigkeit in einer Brennstoffzelle offenbart.In the U.S. 7,373,819 B2 a MEMS sensor for detecting humidity in a fuel cell is also disclosed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Erfindungsgemäß ist eine Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und ein Verfahren zum Herstellen einer Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 vorgesehen.According to the invention, a sensor arrangement having the features of claim 1, a fuel cell system having the features of claim 12 and a method for producing a sensor arrangement having the features of claim 13 are provided.

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst eine Sensoranordnung eine Sensoreinrichtung mit einem Sensorgehäuse und einer Erfassungseinheit. Das Sensorgehäuse definiert einen Innenraum, wobei an einer Außenfläche des Sensorgehäuses eine Mehrzahl elektrischer Kontaktstrukturen ausgebildet sind, und wobei das Sensorgehäuse eine Öffnung aufweist, die den Innenraum fluidisch leitend mit der Umgebung verbindet. Die Erfassungseinheit ist in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet, elektrisch mit den Kontaktstrukturen verbunden und dazu eingerichtet, einen Feuchtegehalt von Gas zu erfassen. Weiterhin umfasst die Sensoranordnung eine Leiterplatte mit einer Mehrzahl an Anschlusskontakten, welche mit den Kontaktstrukturen der Sensoreinrichtung elektrisch kontaktiert sind, und einer elektrisch mit den Anschlusskontakten verbundenen Anschlussschnittstelle, eine Mehrzahl an elektrischen Leitern, welche mit der Anschlussschnittstelle elektrisch verbunden sind, und eine Schutzummantelung, welche das Sensorgehäuse, die Leiterplatte und die elektrischen Leiter derart umschließt, dass die Leiterplatte vollständig, die elektrischen Leiter zumindest teilweise und das Sensorgehäuse teilweise durch die Schutzummantelung eingekapselt sind und die Öffnung des Sensorgehäuses zur Umgebung exponiert ist.According to a first aspect of the invention, a sensor arrangement includes a sensor device with a sensor housing and a detection unit. The sensor housing defines an interior space, a plurality of electrical contact structures being formed on an outer surface of the sensor housing, and the sensor housing having an opening which fluidly conductively connects the interior space to the environment. The detection unit is arranged in the interior of the housing, is electrically connected to the contact structures and is set up to detect a moisture content of gas. Furthermore, the sensor arrangement comprises a circuit board with a plurality of connection contacts, which are electrically connected to the contact structures of the sensor device, and a connection interface electrically connected to the connection contacts, a plurality of electrical conductors, which are electrically connected to the connection interface, and a protective sheathing, which enclosing the sensor housing, the circuit board and the electrical conductors such that the circuit board is completely encapsulated, the electrical conductors are at least partially encapsulated and the sensor housing is partially encapsulated by the protective casing and the opening of the sensor housing is exposed to the environment.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Brennstoffzellensystem eine Brennstoffzellenanordnung mit zumindest einer Brennstoffzelle, einem Brennstoffeinlass zum Zuführen von gasförmigem Brennstoff, einem Brennstoffauslass zum Abführen von nicht reagiertem Brennstoff, einem Oxidationsgaseinlass zum Zuführen von Oxidationsgas wie z.B. Sauerstoff und einen Produktauslass zum Abführen von Reaktionsprodukten. Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem eine mit dem Brennstoffeinlass verbundene Brennstoffzufuhrleitung, eine mit dem Brennstoffauslass verbundene Brennstoffabfuhrleitung, eine mit dem Oxidationsgaseinlass verbundene Oxidationsgaszufuhrleitung, eine mit dem Produktauslass verbundene Produktabfuhrleitung; und zumindest eine Sensoranordnung nach dem ersten Aspekt der Erfindung, welche an einer der folgenden Stellen angeordnet ist: in der Brennstoffzufuhrleitung, in der Brennstoffabfuhrleitung, in der Oxidationsgaszufuhrleitung, in der Produktabfuhrleitung, in der Brennstoffzellenanordnung.According to a second aspect of the invention, a fuel cell system comprises a fuel cell assembly having at least one fuel cell, a fuel inlet for supplying gaseous fuel, a fuel outlet for discharging unreacted fuel, an oxidizing gas inlet for supplying oxidizing gas such as oxygen, and a product outlet for discharging reaction products. Furthermore, the fuel cell system comprises a fuel supply line connected to the fuel inlet, a fuel discharge line connected to the fuel outlet, an oxidizing gas supply line connected to the oxidizing gas inlet, a product discharge line connected to the product outlet; and at least one sensor arrangement according to the first aspect of the invention, which is arranged at one of the following locations: in the fuel supply line, in the fuel discharge line, in the oxidizing gas supply line, in the product discharge line, in the fuel cell arrangement.

Nach einem dritten Aspekt der Erfindung ist Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung nach dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen. Das Verfahren umfasst ein Kontaktieren der Kontaktstrukturen der Sensoreinrichtung mit den Anschlusskontakten der Leiterplatte, ein Verbinden der elektrischen Leiter mit der Anschlussschnittstelle der Leiterplatte und ein Anbringen der Schutzummantelung um das Sensorgehäuses, die Leiterplatte und die elektrischen Leiter derart, dass die Leiterplatte vollständig, die elektrischen Leiter zumindest teilweise und das Sensorgehäuse teilweise durch die Schutzummantelung eingekapselt sind und die Öffnung des Sensorgehäuses exponiert oder freiliegend bleibt. Die Schutzummantelung kann beispielsweise ausgebildet werden, indem ein flüssiges Kunststoffmaterial um das Sensorgehäuse, die Leiterplatte und die elektrischen Leiter derart aufgebracht wird, dass die Leiterplatte vollständig, die elektrischen Leiter zumindest teilweise und das Sensorgehäuse teilweise durch die Schutzummantelung eingekapselt sind und die Öffnung des Sensorgehäuses exponiert oder freiliegend bleibt. Anschließend kann ein Erstarren oder Härten des Kunststoffmaterials erfolgen. Beispielsweise kann in Kunststoffspritzgussverfahren oder ein additives Herstellungsverfahren, wie z.B. 3D-Druck, durchgeführt werden.According to a third aspect of the invention, there is provided a method for producing a sensor arrangement according to the first aspect of the invention. The method includes contacting the contact structures of the sensor device with the connection contacts of the printed circuit board, connecting the electrical conductors to the connection interface of the printed circuit board and attaching the protective sheathing to the sensor housing, the printed circuit board and the electrical conductors in such a way that the printed circuit board completely, the electrical conductors at least partially and the sensor housing are partially encapsulated by the protective covering and the opening of the sensor housing remains exposed. The protective covering can be formed, for example, by applying a liquid plastic material around the sensor housing, the circuit board and the electrical conductors in such a way that the circuit board is completely encapsulated, the electrical conductors at least partially and the sensor housing is partially encapsulated by the protective covering and the opening of the sensor housing is exposed or left exposed. The plastic material can then solidify or harden. For example, a plastic injection molding process or an additive manufacturing process such as 3D printing can be carried out.

Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, eine Sensoreinrichtung zum Erfassen eines Feuchtegehalts eines Gases auf einer Leiterplatte zu kontaktieren und die Leiterplatte, die Sensoreinrichtung und elektrische Verbindungsleitungen, welche an die Leiterplatte angeschlossen sind, um das von der Sensoreinrichtung ausgegebene Messsignal weiterzuleiten, in eine Schutzummantelung oder ein Schutzgehäuse einzubetten, um die elektrischen Kontakte zwischen Sensoreinrichtung und Leiterplatte und zwischen Leiterplatte und elektrischen Leitern vor Feuchtigkeit aus dem feuchtehaltigen Gas zu schützen. Hierzu ist die Schutzummantelung oder das Schutzgehäuse aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet und liegt flächig und damit dichtend an entgegengesetzten Seiten der Leiterplatte sowie bereichsweise an dem Sensorgehäuse der Sensoreinrichtung an. Insbesondere kann ein Bereich des Sensorgehäuses, in dem die Öffnung ausgebildet ist, durch ein Fenster des Schutzgehäuses freigelegt sein. Die Anschlusskontakte der Leiterplatte und die damit elektrisch verbundenen Kontaktstrukturen der Sensoreinrichtung sowie die Anschlussschnittstelle der Leiterplatte sind somit hermetisch in dem Schutzgehäuse eingeschlossen.One idea on which the invention is based is to provide a sensor device for detecting a moisture content of a gas on a ladder to contact the board and to embed the circuit board, the sensor device and electrical connecting lines, which are connected to the circuit board in order to forward the measurement signal emitted by the sensor device, in a protective casing or a protective housing in order to ensure the electrical contacts between the sensor device and the circuit board and between the circuit board and the electrical To protect ladders from moisture from the moisture-containing gas. For this purpose, the protective casing or the protective housing is made of an electrically insulating material and lies flat and thus sealingly on opposite sides of the printed circuit board and in some areas on the sensor housing of the sensor device. In particular, an area of the sensor housing in which the opening is formed can be exposed through a window of the protective housing. The connection contacts of the printed circuit board and the contact structures of the sensor device electrically connected thereto and the connection interface of the printed circuit board are thus hermetically enclosed in the protective housing.

Auf diese Weise können Kontaktstrukturen der Sensoreinrichtung und die Kontakte der Leiterplatte in verbesserter Weise vor Feuchtigkeit geschützt und die elektrischen Leiter auf einfache Weise außerhalb der Ummantelung verbunden werden. Beispielsweise können die elektrischen Leiter mit einem teilweise in die Ummantelung eingebetteten Stecker verbunden sein oder aus der Ummantelung heraus ragen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Sensoranordnung insgesamt, insbesondere mitsamt ihren elektrischen Kontaktierungen in einer feuchtehaltigen Gasströmung, wie z.B. in den Leitungen eines Brennstoffzellensystems, angeordnet werden kann.In this way, contact structures of the sensor device and the contacts of the printed circuit board can be protected from moisture in an improved manner and the electrical conductors can be connected in a simple manner outside of the casing. For example, the electrical conductors can be connected to a connector partially embedded in the casing or protrude from the casing. A further advantage is that the sensor arrangement as a whole, in particular together with its electrical contacts, can be arranged in a gas flow containing moisture, such as in the lines of a fuel cell system.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.Advantageous refinements and developments result from the further dependent claims and from the description with reference to the figures of the drawing.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Sensorgehäuse eine erste Wandung mit einer Außenfläche, an welcher die Kontaktstrukturen ausgebildet sind, und eine zweite Wandung aufweist, wobei die zweite Wandung einen Umfangsabschnitt, der von der ersten Wandung vorsteht, und einen Deckabschnitt aufweist, der beabstandet zu der ersten Wandung verläuft und in welchem die Öffnung ausgebildet ist, wobei die Schutzummantelung die erste Wandung vollständig abdeckt und den Umfangsabschnitt der zweiten Wandung zumindest teilweise umschließt. Die zweite Wandung kann somit kuppel- oder hutförmig ausgebildet sein. Dies umfasst auch, dass der Deckabschnitt im eben oder plattenförmig ausgebildet ist. Der Umfangsabschnitt kann sich beispielsweise beabstandet zu einem Umfangsrand der ersten Wandung erstrecken, insbesondere parallel zu diesem. Die Ummantelung deckt somit eine erste Oberfläche der Leiterplatte ab, an welcher die Sensoreinrichtung angeordnet ist, wobei die Ummantelung ferner zumindest die von der ersten Oberfläche abgewandte Seite der ersten Wandung sowie zumindest einen Teil des Umfangsabschnitts der zweiten Wandung des Sensorgehäuses überdeckt und ein Fenster ausgebildet, durch welches ein Teil der Kuppel bzw. der zweiten Wandung hindurch ragt. Die Ummantelung trägt somit vorteilhaft dazu bei, die Sensoreinrichtung mechanisch an der Leiterplatte zu halten. Weiterhin wird ein sehr kompakter Aufbau erzielt.According to some embodiments, it can be provided that the sensor housing has a first wall with an outer surface on which the contact structures are formed, and a second wall, the second wall having a peripheral section that protrudes from the first wall and a cover section that spaced from the first wall and in which the opening is formed, the protective casing completely covering the first wall and at least partially enclosing the peripheral portion of the second wall. The second wall can thus be dome-shaped or hat-shaped. This also includes the cover section being flat or plate-shaped. The peripheral section can, for example, extend at a distance from a peripheral edge of the first wall, in particular parallel to it. The casing thus covers a first surface of the circuit board on which the sensor device is arranged, the casing also covering at least the side of the first wall facing away from the first surface and at least part of the peripheral section of the second wall of the sensor housing and forming a window, through which a part of the dome or the second wall protrudes. The casing thus advantageously contributes to holding the sensor device mechanically on the printed circuit board. Furthermore, a very compact structure is achieved.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Schutzummantelung einen Flanschabschnitt mit einer Verbindungsschnittstelle zur mechanischen Verbindung mit einer Trägerstruktur aufweist. Der Flanschabschnitt kann beispielsweise ein plattenförmiger Bereich oder Abschnitt der Ummantelung sein, welcher sich seitlich der Leiterplatte oder quer zu dieser erstreckt. Die Verbindungsschnittstelle kann beispielsweise eine Ausnehmung sein, durch welche hindurch die Ummantelung mittels einer Schraube oder einem anderen Befestigungsstift an einer Trägerstruktur, z.B. einer Wandung eines Strömungskanals, befestigbar ist.According to some embodiments, it can be provided that the protective casing has a flange section with a connection interface for mechanical connection to a carrier structure. The flange section can be, for example, a plate-shaped area or section of the casing, which extends laterally to the printed circuit board or transversely to it. The connection interface can be a recess, for example, through which the casing can be fastened to a support structure, e.g. a wall of a flow channel, by means of a screw or another fastening pin.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Schutzummantelung einen Schaftkörper aufweist, der sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende entlang einer Längsachse erstreckt, wobei die Leiterplatte sich entlang der Längsachse innerhalb des Schaftkörper erstreckt, und wobei die Sensoreinrichtung im Bereich des ersten Endes des Schaftkörpers an der Leiterplatte angeordnet ist. Ein gegebenenfalls vorgesehener Flanschabschnitt kann beispielsweise im Bereich des zweiten Endes angeordnet sein. Der Schaftkörper kann beispielsweise ein länglicher säulenförmiger oder plattenförmiger Körper sein, wobei die Sensoreinrichtung im Bereich des ersten Endes angeordnet ist und das Sensorgehäuse im Bereich des ersten Endes mit einem Bereich, in dem die Öffnung ausgebildet ist, aus dem Schaftkörper herausragt. Durch den länglichen Schaftkörper wird eine Positionierung der Sensoranordnung erleichtert, bei der die Sensoranordnung durch ein Durchgangsloch der Trägerstruktur hindurch in einer Gasströmung positioniert ist. Beispielsweise kann eine Leitung mit einer Ausnehmung versehen sein, durch welche hindurch sich der Schaftkörper erstreckt, wobei das erste Ende auf einer strömungsführenden Seite der Leitung und das zweite Ende auf einer Außenseite der Leitung angeordnet ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Anordnung der Sensoreinrichtung im Bereich des Endes des länglichen Schaftkörpers die Positionierung der Sensoreinrichtung außerhalb der Grenzschicht einer Strömung erleichtert wird.According to some embodiments, it can be provided that the protective casing has a shaft body that extends between a first end and a second end along a longitudinal axis, the printed circuit board extending along the longitudinal axis within the shaft body, and the sensor device in the region of the first end of the shaft body is arranged on the circuit board. An optionally provided flange section can be arranged, for example, in the area of the second end. The shaft body can be, for example, an elongated columnar or plate-shaped body, the sensor device being arranged in the region of the first end and the sensor housing protruding from the shaft body in the region of the first end with a region in which the opening is formed. The elongated shaft body facilitates positioning of the sensor arrangement, in which case the sensor arrangement is positioned in a gas flow through a through-hole in the support structure. For example, a duct can be provided with a recess through which the shaft body extends, the first end being arranged on a flow-carrying side of the duct and the second end being arranged on an outer side of the duct. Another advantage is that the arrangement of the sensor device in the region of the end of the elongated Shaft body positioning of the sensor device is facilitated outside the boundary layer of a flow.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die elektrischen Leiter sich innerhalb des Schaftkörpers bis in den Bereich des zweiten Endes des Schaftkörpers erstrecken. Beispielsweise kann im Bereich des zweiten Endes ein Stecker oder eine Buchse angebracht sein, in welchem die Leiter kontaktiert sind. Alternativ ist denkbar, dass die Leiter im Bereich des zweiten Endes aus dem Schaftkörper heraus ragen. Somit wird der Anschluss der elektrischen Leiter erleichtert.According to some embodiments, it can be provided that the electrical conductors extend inside the socket body up to the region of the second end of the socket body. For example, in the area of the second end, a plug or socket can be attached, in which the conductors are contacted. Alternatively, it is conceivable that the conductors protrude from the socket body in the area of the second end. This makes it easier to connect the electrical conductors.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Schaftkörper eine die Längsachse umschließende Nut aufweist, in welcher ein Dichtungsring, beispielsweise ein O-Ring, aufgenommen ist. Dies erleichtert die Abdichtung einer Durchgangsöffnung, wenn der Schaftkörper durch diese hindurchragen angeordnet ist.According to some embodiments, it can be provided that the shaft body has a groove which encloses the longitudinal axis and in which a sealing ring, for example an O-ring, is accommodated. This makes it easier to seal a through-opening when the shaft body is arranged to protrude through it.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass ein Bereich des Sensorgehäuses, in welchem die Öffnung ausgebildet ist, an einer die Längsachse umschließenden Umfangsfläche aus dem Schaftkörper heraus ragt. Somit kann die Sensorgehäuse auf einfache Weise relativ zu einer Strömungsrichtung positioniert werden, indem der Schaftkörper um seine Längsachse gedreht wird.According to some specific embodiments, it can be provided that a region of the sensor housing in which the opening is formed projects out of the shaft body on a peripheral surface enclosing the longitudinal axis. Thus, the sensor housing can be positioned relative to a direction of flow in a simple manner by rotating the shaft body about its longitudinal axis.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass an einer Kontaktoberfläche der Leiterplatte, an welcher die Anschlusskontakte angeordnet sind, ein Dichtrahmen anliegt, welcher die Sensoreinrichtung umgibt. Beispielsweise kann an der ersten Oberfläche der Leiterplatte, welche die Kontaktoberfläche bildet, ein geschlossener Rahmen befestigt sein, welcher von der Kontaktoberfläche vorspringt. Insbesondere kann der Rahmen aufgespritzt sein, z.B. aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial. Die Sensoreinrichtung ist innerhalb des Rahmens angeordnet. Somit wird eine zusätzliche Barriere bereitgestellt, die dem Vordringen von Feuchtigkeit an die Kontaktstrukturen der Sensoreinrichtung oder an außerhalb des Rahmens gelegene elektronische Bauelemente der Leiterplatte weiter entgegenwirkt. According to some embodiments, it can be provided that a sealing frame, which surrounds the sensor device, bears against a contact surface of the printed circuit board on which the connection contacts are arranged. For example, a closed frame that protrudes from the contact surface can be attached to the first surface of the printed circuit board that forms the contact surface. In particular, the frame can be injection molded, e.g., from an electrically insulating plastic material. The sensor device is arranged within the frame. An additional barrier is thus provided, which further counteracts the penetration of moisture to the contact structures of the sensor device or to electronic components of the printed circuit board located outside the frame.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Schutzummantelung aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, ausgebildet ist.According to some embodiments, it can be provided that the protective casing is made of a plastic material, in particular a thermoplastic material.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Erfassungseinheit ein MEMS-Sensormodul aufweist. „MEMS“ steht als Abkürzung für „mikro-elektro-mechanisches System“. Derartige Sensoren bieten den Vorteil, dass sie äußerst kompakt aufgebaut sind und eine hohe Messgenauigkeit aufweisen. Beispielsweise kann im vorliegenden Fall die erste Wandung einen rechteckförmigen Umfang mit Abmessungen im Bereich zwischen 2 mm mal 2mm und 4 mm mal 4 mm aufweisen.According to some embodiments, it can be provided that the detection unit has a MEMS sensor module. "MEMS" is an abbreviation for "micro-electro-mechanical system". Such sensors offer the advantage that they are extremely compact and have a high measurement accuracy. For example, in the present case the first wall can have a rectangular circumference with dimensions in the range between 2 mm by 2 mm and 4 mm by 4 mm.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Erfassungseinheit ferner dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere der folgenden physikalischen Größen zu erfassen: Druck, Temperatur, eine Gaszusammensetzung, z.B. einen Anteil eines vorbestimmten Gases in einem Gasgemisch in ppm.According to some embodiments, it can be provided that the detection unit is also set up to detect one or more of the following physical variables: pressure, temperature, a gas composition, e.g. a proportion of a predetermined gas in a gas mixture in ppm.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Leiterplatte eine Signalwandlerschaltung aufweist, welche elektrisch mit den Anschlusskontakten und der Anschlussschnittstelle verbunden und dazu eingerichtet ist, von der Erfassungseinheit ausgegebene Messsignale von einem ersten Datenformat in ein zweites Datenformat umzuwandeln. Beispielsweise kann die Signalwandlerschaltung dazu eingerichtet sein, das von der Erfassungseinheit ausgegebene Messsignal in ein für einen CAN-Bus passendes Datenformat umzuwandeln. Allgemein bietet die Kontaktierung der Sensoreinrichtung auf der Leiterplatte den Vorteil, dass auf der Leiterplatte elektronische Bauelemente zur Signalverarbeitung integriert werden können, wodurch ein kompakter Aufbau erzielt und der Anschluss an verschiedene Systeme, z.B. einen CAN-Bus eines Fahrzeugs, weiter erleichtert wird.According to some embodiments, it can be provided that the printed circuit board has a signal converter circuit which is electrically connected to the connection contacts and the connection interface and is set up to convert measurement signals output by the detection unit from a first data format into a second data format. For example, the signal converter circuit can be set up to convert the measurement signal output by the detection unit into a data format suitable for a CAN bus. In general, the contacting of the sensor device on the printed circuit board offers the advantage that electronic components for signal processing can be integrated on the printed circuit board, whereby a compact structure is achieved and the connection to various systems, e.g. a CAN bus of a vehicle, is further facilitated.

Die hierin im Zusammenhang mit einem Aspekt der Erfindung offenbarten Merkmale und Vorteil sind jeweils auch für die anderen Aspekte offenbart und umgekehrt.The features and advantages disclosed herein in connection with one aspect of the invention are also disclosed for the other aspects and vice versa.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen erläutert. Von den Figuren zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht einer Sensoreinrichtung für eine Sensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine perspektivische Ansicht der in 2 gezeigten Sensoreinrichtung mit Blick auf eine Außenfläche einer ersten Wandung eines Gehäuses der Sensoreinrichtung;
4 eine schematische Schnittansicht einer Sensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 eine schematische Schnittansicht einer Sensoranordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Sensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

The invention is explained below with reference to the figures of the drawings. From the figures show:

1 a schematic view of a fuel cell system according to an embodiment of the invention;
2 a perspective view of a sensor device for a sensor arrangement according to an embodiment of the invention;
3 a perspective view of in 2 sensor device shown with a view of an outer surface of a first wall of a housing of the sensor device;
4 a schematic sectional view of a sensor arrangement according to an embodiment of the invention;
5 a schematic sectional view of a sensor arrangement according to a further embodiment of the invention; and
6 a flowchart of a method for producing a sensor arrangement according to an embodiment of the invention.

In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.In the figures, the same reference symbols designate identical or functionally identical components, unless otherwise stated.

1 zeigt schematisch ein beispielhaftes Brennstoffzellensystem 200. Das Brennstoffzellensystem 200 umfasst eine Brennstoffzellenanordnung 201, eine Brennstoffzufuhrleitung 202, eine Brennstoffabfuhrleitung 203, eine Oxidationsgaszufuhrleitung 204 und eine Produktabfuhrleitung 205. Ferner weist das Brennstoffzellensystem 200 zumindest eine Sensoranordnung 100 auf. 1 shows schematically an exemplary fuel cell system 200. The fuel cell system 200 comprises a fuel cell arrangement 201, a fuel supply line 202, a fuel discharge line 203, an oxidation gas supply line 204 and a product discharge line 205. Furthermore, the fuel cell system 200 has at least one sensor arrangement 100.

Die Brennstoffzellenanordnung 201 weist zumindest eine Brennstoffzelle 210 auf. Wie in 1 schematisch dargestellt, kann beispielsweise eine Vielzahl von Brennstoffzellen 210 vorgesehen sein, die zu einem Brennstoffzellenstapel angeordnet sind. Innerhalb des Brennstoffzellenstapels können die Brennstoffzellen 210 z.B. elektrisch in Reihe geschalten sein. Wie in 1 symbolisch dargestellt, weist jede Brennstoffzelle 210 eine Anode 210A, eine Kathode 210B und eine zwischen Anode 210A und Kathode 210B angeordnete Elektrolytschicht 210C, z.B. in Form einer Membrane auf. Wie in 1 weiterhin gezeigt, weist die Brennstoffzellenanordnung 201 einen Brennstoffeinlass 211, über welchen der oder den Brennstoffzellen 210 gasförmiger Brennstoff, z.B. Wasserstoff, aus einer Brennstoffquelle an die Anoden 210A zugeführt werden kann, und einen Brennstoffauslass 212 auf, über welchen nicht reagierter Brennstoff von der Anode 210A abgeführt werden kann. In gleicher Weise weist die Brennstoffzellenanordnung 201 einen Oxidationsgaseinlass 213, über welchen der oder den Brennstoffzellen 210 Oxidationsgas, z.B. sauerstoffhaltige Umgebungsluft, an die Kathoden 210B zugeführt werden kann, und einen Produktauslass 214 auf, über welchen die Reaktionsprodukte von der Kathode 210B abgeführt werden können. Die zumindest eine Brennstoffzelle 210 ist somit dazu eingerichtet, die im Brennstoff gespeicherte chemische Energie zusammen mit Oxidationsgas direkt in elektrische Energie umzuwandeln.The fuel cell arrangement 201 has at least one fuel cell 210 . As in 1 shown schematically, a plurality of fuel cells 210 can be provided, for example, which are arranged to form a fuel cell stack. Within the fuel cell stack, the fuel cells 210 can be electrically connected in series, for example. As in 1 represented symbolically, each fuel cell 210 has an anode 210A, a cathode 210B and an electrolyte layer 210C arranged between anode 210A and cathode 210B, for example in the form of a membrane. As in 1 further shown, the fuel cell assembly 201 has a fuel inlet 211 via which the fuel cell or cells 210 can be supplied with gaseous fuel, e.g. hydrogen, from a fuel source to the anodes 210A, and a fuel outlet 212 via which unreacted fuel can be removed from the anode 210A can be dissipated. In the same way, the fuel cell arrangement 201 has an oxidizing gas inlet 213, via which the fuel cell or cells 210 can be supplied with oxidizing gas, for example oxygen-containing ambient air, to the cathodes 210B, and a product outlet 214, via which the reaction products can be removed from the cathode 210B. The at least one fuel cell 210 is thus set up to convert the chemical energy stored in the fuel together with oxidation gas directly into electrical energy.

Wie in 1 ferner schematisch dargestellt ist, ist die Brennstoffzufuhrleitung 202 mit dem Brennstoffeinlass 211 verbunden, die Brennstoffabfuhrleitung 203 ist mit dem Brennstoffauslass 212 verbunden, die Oxidationsgaszufuhrleitung 204 ist mit dem Oxidationsgaseinlass 213 verbunden und die Produktabfuhrleitung 205 ist mit dem Produktauslass 214 verbunden.As in 1 is also shown schematically, the fuel supply line 202 is connected to the fuel inlet 211, the fuel discharge line 203 is connected to the fuel outlet 212, the oxidizing gas supply line 204 is connected to the oxidizing gas inlet 213 and the product discharge line 205 is connected to the product outlet 214.

Die Sensoranordnung 100 ist in 1 lediglich symbolisch dargestellt und wird nachfolgend noch im Detail erläutert. Wie in 1 schematisch dargestellt, kann an einer oder mehreren der folgenden Anbringungsstellen des Brennstoffzellensystems 200 eine Sensoranordnung 100 vorgesehen sein: in der Brennstoffzufuhrleitung 202, in der Brennstoffabfuhrleitung 203, in der Oxidationsgaszufuhrleitung 204, in der Produktabfuhrleitung 205, in der Brennstoffzellenanordnung 201. Die Sensoranordnung 100 ist allgemein dazu eingerichtet, einen Feuchtegehalt von Gas zu erfassen, das an der jeweiligen Anbringungsstelle strömt.The sensor arrangement 100 is in 1 shown only symbolically and will be explained in detail below. As in 1 shown schematically, a sensor arrangement 100 can be provided at one or more of the following attachment points of the fuel cell system 200: in the fuel supply line 202, in the fuel discharge line 203, in the oxidizing gas supply line 204, in the product discharge line 205, in the fuel cell arrangement 201. The sensor arrangement 100 is general set up to detect a moisture content of gas flowing at the respective attachment point.

4 zeigt beispielhaft eine Schnittansicht einer Sensoranordnung 100. Wie in 4 schematisch dargestellt, weist die Sensoranordnung 100 eine Sensoreinrichtung 1, eine Mehrzahl an elektrischen Leitern 2, eine Schutzummantelung 3 und eine Leiterplatte 4 auf. 4 shows an example of a sectional view of a sensor arrangement 100. As in FIG 4 shown schematically, the sensor arrangement 100 has a sensor device 1 , a plurality of electrical conductors 2 , a protective casing 3 and a printed circuit board 4 .

Die 2 und 3 zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht einer Sensoreinrichtung 1. Die Sensoreinrichtung 1 kann beispielsweise eine Sensoreinrichtung vom Typ Bosch BME280 oder vom Typ Bosch BME680 sein. Wie in den 2 bis 4 schematisch dargestellt, weist die Sensoreinrichtung 1 ein Sensorgehäuse 10 und eine Erfassungseinheit 15 auf.The 2 and 3 each show a perspective view of a sensor device 1. The sensor device 1 can be, for example, a sensor device of the Bosch BME280 type or of the Bosch BME680 type. As in the 2 until 4 shown schematically, the sensor device 1 has a sensor housing 10 and a detection unit 15 .

Wie in den 2 bis 4 weiterhin beispielhaft dargestellt, kann das Sensorgehäuse 10 eine erste Wandung 12 und eine zweite Wandung 13 aufweisen, wobei die erste und die zweite Wandung 12, 13 gemeinsam einen Innenraum 11 definieren bzw. umgrenzen. Wie in den 2 bis 4 beispielhaft gezeigt, kann die erste Wandung 12 eben oder plattenförmig sein und kann beispielsweise einen rechteckigen Umfangsrand 12R aufweisen. Alternativ sind auch andere Umfangsformen denkbar, z.B. kreisförmig. Eine erste Oberfläche oder Innenfläche 12a der ersten Wandung 12 ist dem Innenraum 11 zugewandt. Eine zweite Oberfläche oder Außenfläche 12b der zweiten Wandung 12 ist entgegengesetzt zu der Innenfläche 12a gelegen und kann beispielsweise eben ausgebildet sein, wie dies in den 3 und 4 beispielhaft gezeigt ist. Die zweite Wandung 13 ist mit der ersten Wandung 12 verbunden und kann beispielsweise eine Kuppel oder eine Haube bilden. Allgemein umfasst die zweite Wandung 13 einen Umfangsabschnitt 13A, der von der ersten Wandung 12 vorsteht und beispielsweise beabstandet bzw. parallel zum Umfangsrand 12R der ersten Wandung 12 verlaufen kann, und einen Deckabschnitt 13B, der beabstandet zu der ersten Wandung 12 verläuft, wie dies in den 2 und 4 rein beispielhaft dargestellt ist. In der zweiten Wandung 13 ist eine Öffnung 14 ausgebildet, die den Innenraum 11 fluidisch leitend mit der Umgebung verbindet. Die Öffnung 14 kann z.B. an dem Deckabschnitt 13B ausgebildet der zweiten Wandung 13 ausgebildet sein, wie dies in den 2 und 4 beispielhaft gezeigt ist. Die Öffnung 14 kann auch an einer anderen Stelle des Sensorgehäuses 10 ausgebildet sein.As in the 2 until 4 Also shown as an example, the sensor housing 10 can have a first wall 12 and a second wall 13, the first and the second wall 12, 13 together defining or delimiting an interior space 11. As in the 2 until 4 As shown by way of example, the first wall 12 may be planar or plate-shaped and may have, for example, a rectangular peripheral edge 12R. Alternatively, other peripheral shapes are also conceivable, for example circular. A first surface or inner surface 12a of the first wall 12 faces the interior space 11 . A second surface or outer surface 12b of the second wall 12 is located opposite the inner surface 12a and may be planar, for example, as shown in FIGS 3 and 4 is shown as an example. The second wall 13 is connected to the first wall 12 and can form a dome or a hood, for example. In general, the second wall 13 comprises a peripheral portion 13A, which protrudes from the first wall 12 and can, for example, run at a distance from or parallel to the peripheral edge 12R of the first wall 12, and a cover portion 13B, which runs at a distance from the first wall 12, as is shown in FIG the 2 and 4 is shown purely as an example. In the second wall 13 there is an opening 14 which fluidly connects the interior 11 to the environment. The opening 14 can, for example, on the Deckab Section 13B formed of the second wall 13 may be formed, as shown in FIGS 2 and 4 is shown as an example. The opening 14 can also be formed at a different point of the sensor housing 10 .

Wie in den 3 und 4 schematisch dargestellt, sind an einer Außenfläche 12b der ersten Wandung 12 mehrere elektrische Kontaktstrukturen 18 ausgebildet. In 3 ist rein beispielhaft gezeigt, dass insgesamt acht Kontaktstrukturen 18 vorgesehen sein können, wobei zwei parallele, an gegenüberliegenden Seiten oder Randbereichen der Außenfläche 12b angeordnete Reihen mit je vier Kontakten vorgesehen sind. Selbstverständlich sind auch eine andere Anzahl und/oder eine andere Anordnung der Kontaktstrukturen 18 denkbar. Die Kontaktstrukturen 18 können beispielsweise durch Metallplättchen, Lötpads oder in ähnlicher Weise aus einem elektrisch leitenden Material realisiert sein. Ferner ist das Sensorgehäuse 10 nicht auf die beschriebene Form beschränkt. Allgemein definiert das Sensorgehäuse 10 einen Innenraum 11 und an einer Außenfläche 10b des Sensorgehäuses 10 ist eine Vielzahl von Kontaktstrukturen 18 ausgebildet.As in the 3 and 4 shown schematically, a plurality of electrical contact structures 18 are formed on an outer surface 12b of the first wall 12 . In 3 It is shown purely by way of example that a total of eight contact structures 18 can be provided, with two parallel rows each having four contacts being provided on opposite sides or edge regions of the outer surface 12b. A different number and/or a different arrangement of the contact structures 18 are of course also conceivable. The contact structures 18 can be realized, for example, by metal plates, soldering pads or in a similar way made of an electrically conductive material. Furthermore, the sensor housing 10 is not limited to the described shape. In general, the sensor housing 10 defines an interior space 11 and a multiplicity of contact structures 18 are formed on an outer surface 10b of the sensor housing 10 .

Die Erfassungseinheit 15 ist in 4 lediglich symbolisch gezeigt und kann z.B. ein oder mehrere MEMS-Sensormodule 15A aufweisen. Die Erfassungseinheit 15 ist dazu eingerichtet, einen Feuchtegehalt von Gas zu erfassen. Optional kann die Erfassungseinheit 15 ferner dazu eingerichtet sein, eine oder mehrere der folgenden physikalischen Größen zu erfassen: Druck, Temperatur, eine Gaszusammensetzung, z.B. einen Anteil eines vorbestimmten Gases in einem Gasgemisch in ppm. Beispielsweise kann die Erfassungseinheit 15 mehrere MEMS-Sensormodule aufweisen, um die einzelnen Größen zu erfassen. Wie in 4 schematisch dargestellt, ist die Erfassungseinheit 15 im Innenraum 11 des Sensorgehäuses 10 aufgenommen und kann z.B. an der ersten Oberfläche 12a der ersten Wandung 12 angeordnet sein. Die Erfassungseinheit 15 ist ferner mit den Kontaktstrukturen 18 elektrisch verbunden bzw. elektrisch mit diesen kontaktiert.The registration unit 15 is in 4 shown only symbolically and may include, for example, one or more MEMS sensor modules 15A. The detection unit 15 is set up to detect a moisture content of gas. Optionally, the detection unit 15 can also be set up to detect one or more of the following physical variables: pressure, temperature, a gas composition, eg a proportion of a predetermined gas in a gas mixture in ppm. For example, the detection unit 15 can have a number of MEMS sensor modules in order to detect the individual variables. As in 4 shown schematically, the detection unit 15 is accommodated in the interior 11 of the sensor housing 10 and can be arranged, for example, on the first surface 12a of the first wall 12 . The detection unit 15 is also electrically connected to the contact structures 18 or makes electrical contact with them.

Die Leiterplatte 4 ist in 4 lediglich schematisch dargestellt und weist eine erste Oberfläche oder Kontaktoberfläche 4a und eine entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche 4a orientierte zweite Oberfläche 4b auf. An der ersten Oberfläche 4a ist eine Vielzahl an Anschlusskontakten 48 ausgebildet, z.B. in Form von metallischen Pins, Plättchen oder dergleichen. Die Leiterplatte 4 weist ferner eine Anschlussschnittstelle 40 auf, welche elektrisch leitend mit den Anschlusskontakten 48 verbunden ist, z.B. über Leiterbahnen (nicht dargestellt), welche auf der ersten oder der zweiten Oberfläche 4a, 4b der Leiterplatte 4 verlaufen können. Optional kann die Leiterplatte 4 zusätzlich eine Signalwandlerschaltung 42 und/oder weitere elektronische Bauelemente aufweisen. Die Signalwandlerschaltung 42 ist in 4 lediglich symbolisch als Block dargestellt und kann z.B. an der Kontaktoberfläche 4a angeordnet sein. Die Signalwandlerschaltung 42 ist elektrisch mit den Anschlusskontakten 48 und der Anschlussschnittstelle 40 verbunden, z.B. über Leiterbahnen (nicht dargestellt).Circuit board 4 is in 4 shown only schematically and has a first surface or contact surface 4a and a second surface 4b oriented opposite to the first surface 4a. A multiplicity of connection contacts 48 are formed on the first surface 4a, for example in the form of metal pins, small plates or the like. The printed circuit board 4 also has a connection interface 40 which is electrically conductively connected to the connection contacts 48 , for example via conductor tracks (not shown) which can run on the first or the second surface 4a, 4b of the printed circuit board 4 . Optionally, the printed circuit board 4 can also have a signal converter circuit 42 and/or other electronic components. The signal converter circuit 42 is in 4 shown only symbolically as a block and can be arranged, for example, on the contact surface 4a. The signal converter circuit 42 is electrically connected to the connection contacts 48 and the connection interface 40, eg via conductor tracks (not shown).

Wie in 4 weiterhin schematisch dargestellt, ist die Sensoreinrichtung 1 an der ersten Oberfläche 4a der Leiterplatte 4 angeordnet und die Kontaktstrukturen 18 der Sensoreinrichtung 1 sind elektrisch mit den Anschlusskontakten 48 der Leiterplatte 4 verbunden, z.B. mit diesen verlötet. Insbesondere kann je ein Anschlusskontakt 48 mit je einer Kontaktstruktur 18 kontaktiert sein. Wie in 4 beispielhaft gezeigt, ist die zweite Oberfläche 12b der ersten Wandung 12 des Sensorgehäuses 10 der ersten Oberfläche 4a der Leiterplatte 4 zugewandt orientiert und der Deckabschnitt 13B des Sensorgehäuses 10 ist abgewandt von der Leiterplatte 4 gelegen. Allgemein ist ein erster Bereich der Außenfläche 10b des Sensorgehäuses 10, in welchem die Kontaktstrukturen 18 ausgebildet sind, an der ersten Oberfläche 4a der Leiterplatte 4 gelegen, und ein zweiter Bereich der Außenfläche 10b des Sensorgehäuses 10, in welchem die Öffnung 14 ausgebildet ist, ist abgewandt von der der ersten Oberfläche 4a der Leiterplatte 4 gelegen.As in 4 Also shown schematically, the sensor device 1 is arranged on the first surface 4a of the printed circuit board 4 and the contact structures 18 of the sensor device 1 are electrically connected to the connection contacts 48 of the printed circuit board 4, for example soldered to them. In particular, each connection contact 48 can be contacted with each contact structure 18 . As in 4 shown by way of example, the second surface 12b of the first wall 12 of the sensor housing 10 is oriented towards the first surface 4a of the circuit board 4 and the cover section 13B of the sensor housing 10 is located away from the circuit board 4 . In general, a first area of the outer surface 10b of the sensor housing 10, in which the contact structures 18 are formed, is located on the first surface 4a of the circuit board 4, and a second area of the outer surface 10b of the sensor housing 10, in which the opening 14 is formed away from the first surface 4a of the circuit board 4 located.

Die elektrischen Leiter 2 sind in 4 lediglich symbolisch dargestellt und können allgemein als Drähte oder dergleichen ausgebildet sein, welche optional mit einem Isolationsmantel versehen sind. Wie in 4 schematisch dargestellt ist, sind die elektrischen Leiter 2 elektrisch mit der Anschlussschnittstelle 40 der leiterplatte verbunden. Beispielsweise können die Leiter 2 an der Anschlussschnittstelle 40 angelötet sein. Von der Erfassungseinheit 15 ausgegebene Messsignale können somit über die Anschlussschnittstelle 40 ausgegeben werden, wobei die elektrischen Leiter 2 die Messsignale weiterleiten. Die optionale Signalwandlerschaltung 42 kann dazu eingerichtet sein, die von der Erfassungseinheit 15 ausgegebene Messsignale von einem ersten Datenformat in ein zweites Datenformat umzuwandeln. Beispielsweise kann die Signalwandlerschaltung 42 die Messsignale in ein für einen CAN-Bus passendes Signal umwandeln und/oder eine Analog-Digital-Wandlung des Signals vornehmen.The electrical conductors 2 are in 4 only shown symbolically and can generally be designed as wires or the like, which are optionally provided with an insulating jacket. As in 4 is shown schematically, the electrical conductors 2 are electrically connected to the connection interface 40 of the printed circuit board. For example, the conductors 2 can be soldered to the connection interface 40 . Measurement signals output by the detection unit 15 can thus be output via the connection interface 40, with the electrical conductors 2 forwarding the measurement signals. The optional signal converter circuit 42 can be set up to convert the measurement signals output by the acquisition unit 15 from a first data format into a second data format. For example, the signal converter circuit 42 can convert the measurement signals into a signal suitable for a CAN bus and/or carry out an analog/digital conversion of the signal.

Die Schutzummantelung 3 dient dazu, die elektrischen Kontaktstrukturen 18, die Anschlusskontakte 48 und die Anschlussschnittstelle 40 der Leiterplatte 4 sowie gegebenenfalls weitere elektronische Bauelemente wie die Signalwandlerschaltung 42 vor Feuchtigkeit zu schützen und einen Anschluss der elektrischen Leiter 2 an die Anschlussschnittstelle 40 zu ermöglichen, ohne dass ein fluidleitender Pfad zu den Kontaktstrukturen 18 ausgebildet ist. Die Schutzummantelung 3 ist aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet, z.B. aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, welches die Leiterplatte 4 vollständig und das Sensorgehäuse 10 bereichsweise umschließt bzw. einkapselt und an der Außenfläche 10a des Gehäuses 10 sowie den Oberflächen 4a, 4b der Leiterplatte 4 anliegt und optional stoffschlüssig mit diesen verbunden ist.The protective casing 3 serves to protect the electrical contact structures 18, the connection contacts 48 and the connection interface 40 of the printed circuit board 4 and possibly other electronic components such as the signal converter circuit 42 from moisture and to connect the electrical conductors 2 to the connection section to enable point 40 without a fluid-conducting path to the contact structures 18 being formed. The protective casing 3 is made of an electrically insulating material, for example a plastic material, in particular a thermoplastic material, which completely encloses or encapsulates the printed circuit board 4 and the sensor housing 10 in some areas and is attached to the outer surface 10a of the housing 10 and the surfaces 4a, 4b of the Printed circuit board 4 is applied and is optionally cohesively connected to it.

Wie in 4 schematisch dargestellt ist, kann die Schutzummantelung 3 beispielsweise als ein plattenförmiges Teil 38 realisiert sein oder ein plattenförmiges Teil 38 aufweisen, wobei die Leiterplatte 4 und die erste Wandung 12 des Sensorgehäuses 10 vollständig innerhalb des Querschnitts des plattenförmigen Teils 38 gelegen sind, der Umfangsabschnitt 13A der zweiten Wandung 13 teilweise innerhalb des Querschnitts des plattenförmigen Teils 38 gelegen ist und teilweise aus dem plattenförmigen Teil 38, insbesondere über eine erste Oberfläche 38a des plattenförmigen Teils 38 herausragt, so dass die die Öffnung 14 des Sensorgehäuses 10 zur Umgebung exponiert ist. Es wäre jedoch auch möglich, dass die zweite Wandung 13 des Sensorgehäuses 10 vollständig von dem plattenförmigen Teil 38 vorsteht, so dass die Öffnung 14 von der Umgebung aus zugänglich ist bzw. frei liegt. Die elektrischen Leiter 2 können beispielsweise an einem gemeinsamen Anschluss 20, z.B. einem Stecker oder einer Buchse, kontaktiert sein, wobei der Anschluss 20 zur Umgebung oder allgemein an einer Außenseite der Schutzummantelung 3 exponiert ist. Wie in 4 beispielhaft gezeigt, kann der Anschluss 20 beispielsweise in den Querschnitt des plattenförmigen Teils 38 integriert und an der ersten Oberfläche 38a des plattenförmigen Teils 38 exponiert sein. Alternativ könnte der Anschluss 20 auch in einem anderen Bereich des plattenförmigen Teils 38 exponiert sein, z.B. an einer entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche 38a gelegenen zweiten Oberfläche 38b des plattenförmigen Teils 38, oder es wäre denkbar, dass die elektrischen Leiter 2 lose aus der Schutzummantelung 3 heraus ragen. Allgemein umschließt die Schutzummantelung 3 das Sensorgehäuse 10 somit derart, dass die Leiterplatte 4 vollständig, die elektrischen Leiter 2 zumindest teilweise und das Sensorgehäuse 10 teilweise durch die Schutzummantelung 3 eingekapselt sind und die Öffnung 14 des Sensorgehäuses 10 zur Umgebung exponiert ist.As in 4 is shown schematically, the protective casing 3 can be realized, for example, as a plate-shaped part 38 or can have a plate-shaped part 38, with the printed circuit board 4 and the first wall 12 of the sensor housing 10 being located entirely within the cross-section of the plate-shaped part 38, the peripheral section 13A of the second wall 13 is partially located within the cross-section of the plate-shaped part 38 and partially protrudes from the plate-shaped part 38, in particular over a first surface 38a of the plate-shaped part 38, so that the opening 14 of the sensor housing 10 is exposed to the environment. However, it would also be possible for the second wall 13 of the sensor housing 10 to protrude completely from the plate-shaped part 38 so that the opening 14 is accessible from the environment or is exposed. The electrical conductors 2 can, for example, be contacted at a common connection 20, eg a plug or a socket, with the connection 20 being exposed to the environment or generally on an outside of the protective sheathing 3. As in 4 For example, as shown by way of example, the terminal 20 may be integrated into the cross-section of the plate-shaped part 38 and exposed on the first surface 38a of the plate-shaped part 38 . Alternatively, the connection 20 could also be exposed in another area of the plate-shaped part 38, e.g protrude. In general, the protective casing 3 encloses the sensor housing 10 in such a way that the circuit board 4 is completely encapsulated, the electrical conductors 2 at least partially and the sensor housing 10 are partially encapsulated by the protective casing 3 and the opening 14 of the sensor housing 10 is exposed to the environment.

Wie in 4 weiterhin schematisch dargestellt ist, kann die Schutzummantelung 3 einen Flanschabschnitt 30 mit einer Verbindungsschnittstelle 31 zur mechanischen Verbindung mit einer Trägerstruktur T aufweisen. Der Flanschabschnitt 30 kann beispielsweise ein plattenförmig verlaufender Abschnitt sein, welcher einen Randbereich der Schutzummantelung 3 bildet, wie dies in 4 beispielhaft gezeigt ist. Wie in 4 weiterhin beispielhaft dargestellt ist, kann die Verbindungsschnittstelle 31 beispielsweise durch ein Durchgangsloch 31A ausgebildet sein. Somit kann eine Schraube 6 oder ein anderes Befestigungsmittel durch das Durchgangsloch 31A geführt werden, um die Schutzummantelung 3 und somit die Sensoranordnung 100 an einer Trägerstruktur T zu befestigen. Allgemein kann die Sensoranordnung 100 an einer Trägerstruktur T befestigt werden, z.B. an einer eine Gasströmung führende Trägerstruktur T, wie z.B. der Brennstoffzufuhrleitung 202, der Brennstoffabfuhrleitung 203, der Oxidationsgaszufuhrleitung 204, der Produktabfuhrleitung 205 oder der Brennstoffzellenanordnung 201.As in 4 is also shown schematically, the protective casing 3 can have a flange section 30 with a connection interface 31 for mechanical connection to a support structure T. The flange section 30 can, for example, be a plate-shaped section which forms an edge area of the protective casing 3, as is shown in 4 is shown as an example. As in 4 is further illustrated by way of example, the connection interface 31 can be formed, for example, by a through hole 31A. Thus, a screw 6 or other fastening means can be passed through the through hole 31A in order to fasten the protective casing 3 and thus the sensor arrangement 100 to a support structure T. In general, the sensor arrangement 100 can be fastened to a support structure T, e.g.

5 zeigt schematisch eine weitere beispielhafte Sensoranordnung 100, welche ähnlich zu der in 4 gezeigten Sensoranordnung 100 aufgebaut ist und sich von dieser im Wesentlichen durch die Gestaltung der Schutzummantelung 3 unterscheidet. In 5 ist die Sensoreinrichtung 1 vereinfacht dargestellt, wobei die Erfassungseinheit 15 weggelassen ist. Die in 5 beispielhaft gezeigte Sensoranordnung 100 weist ebenfalls eine Schutzummantelung 3 mit einem plattenförmigen Bereich auf, welcher den optionalen Flanschabschnitt 30 bildet. Im Unterschied zu 4 ist in 5 sind die Leiterplatte 4 und die an dieser angeordnete die Sensoreinrichtung 1 jedoch nicht in dem plattenförmigen Bereich der Schutzummantelung 3 aufgenommen, sondern in einem Schaftkörper 32 der Schutzummantelung 3. 5 shows schematically another exemplary sensor arrangement 100, which is similar to that in 4 The sensor arrangement 100 shown is constructed and differs from it essentially by the design of the protective casing 3 . In 5 the sensor device 1 is shown in simplified form, with the detection unit 15 being omitted. In the 5 The sensor arrangement 100 shown as an example also has a protective casing 3 with a plate-shaped area which forms the optional flange section 30 . In contrast to 4 is in 5 However, the circuit board 4 and the sensor device 1 arranged on it are not accommodated in the plate-shaped area of the protective casing 3, but in a shaft body 32 of the protective casing 3.

Wie in 5 schematisch dargestellt, kann die Sensoranordnung 100 einen Schaftkörper 32 aufweisen, der sich zwischen einem ersten Ende 32A und einem zweiten Ende 32B entlang einer Längsachse L3 erstreckt. Der Schaftkörper 32 kann eine Umfangsfläche 32c aufweisen, welche die Längsachse L3 umschließt, wobei die Umfangsfläche 32c einen Querschnitt des Schaftkörpers 32 definiert. Beispielsweise kann der Schaftkörper 32 einen kreisförmigen oder einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. Wie in 6 rein beispielhaft gezeigt, kann der Schaftkörper 32 einen ersten Bereich 32D mit einem ersten Durchmesser aufweisen, welcher sich von dem ersten Ende 32A aus entlang der Längsachse L3 erstreckt, und einen anschließenden zweiten Bereich 32E mit einem zweiten Durchmesser, der größer als der erste Durchmesser ist, wobei der erste und der zweite Bereich 32D, 32E durch einen Übergangsbereich 32F verbunden sind. Der Übergangsbereich 32F kann beispielsweise konisch oder allgemein rampenförmig verlaufen. Optional kann der Schaftkörper 32 eine in der Umfangsfläche 32c ausgebildete, die Längsachse L3 umschließende Nut 33 aufweisen, in welcher ein Dichtungsring 34 aufgenommen ist, wobei die Nut 33 beispielsweise in dem zweiten Bereich 32E ausgebildet sein kann, wie dies in 6 schematisch dargestellt ist.As in 5 Illustrated schematically, the sensor assembly 100 may include a shaft body 32 extending between a first end 32A and a second end 32B along a longitudinal axis L3. The shank body 32 may have a peripheral surface 32c enclosing the longitudinal axis L3 , the peripheral surface 32c defining a cross section of the shank body 32 . For example, the shaft body 32 can have a circular or a rectangular cross section. As in 6 Shown purely by way of example, the stem body 32 may include a first portion 32D having a first diameter extending from the first end 32A along the longitudinal axis L3 and a subsequent second portion 32E having a second diameter greater than the first diameter , the first and second portions 32D, 32E being connected by a transition portion 32F. For example, the transition region 32F may be tapered or generally ramped. Optionally, the shaft body 32 can have a groove 33 formed in the peripheral surface 32c and enclosing the longitudinal axis L3. in which a sealing ring 34 is accommodated, wherein the groove 33 can be formed, for example, in the second region 32E, as is shown in FIG 6 is shown schematically.

Wie in 5 schematisch dargestellt, kann der optionale Flanschabschnitt 30 sich quer zu der Längsachse L3 erstrecken und im Bereich des zweiten Endes 32B des Schaftkörpers 32 angeordnet sein.As in 5 shown schematically, the optional flange portion 30 may extend transversely to the longitudinal axis L3 and be located in the region of the second end 32B of the socket body 32 .

Wie in 5 weiterhin dargestellt, kann die Leiterplatte 4 sich innerhalb des Schaftkörpers 32 entlang der Längsachse L3 erstrecken. Insbesondere kann die erste Oberfläche 4a und/oder die zweite Oberfläche 4b der Leiterplatte 4 parallel zur Längsachse L3 verlaufen. Die Leiterplatte 4 ist innerhalb des Schaftkörpers 32 derart angeordnet, dass ein Ende bzw. Randbereich der Leiterplatte 4 im Bereich des ersten Endes 32A des Schaftkörpers 32 angeordnet ist. Wie in 5 weiterhin erkennbar, ist die Sensoreinrichtung 1 im Randbereich der Leiterplatte 4 und insbesondere im Bereich des ersten Endes 32A des Schaftkörpers 32 angeordnet. Hierbei kann das Sensorgehäuse 10 teilweise im Querschnitt des Schaftkörpers 32 aufgenommen sein. Beispielsweise kann, wie in 7 schematisch dargestellt, die erste Wandung 12 des Sensorgehäuses 10 vollständig innerhalb des Querschnitts des Schaftkörpers 32 gelegen sein, der Umfangsabschnitt 13A der zweiten Wandung 13 kann teilweise innerhalb des Querschnitts des Schaftkörpers 32 gelegen sein und teilweise aus dem Schaftkörpers 32 herausragen, insbesondere aus der Umfangsfläche 32c des Schaftkörpers 32, so dass die die Öffnung 14 des Sensorgehäuses 10 zur Umgebung exponiert ist. Wie in 5 rein beispielhaft gezeigt, kann das Sensorgehäuse 10 mit der zweiten Wandung 13 durch ein Fenster 35 des Schaftkörpers 32 hindurchragen, wobei das Fenster von einem durch die Umfangsfläche 32c gebildeten trichterförmigen Bereich umgeben ist.As in 5 further illustrated, the circuit board 4 can extend within the shaft body 32 along the longitudinal axis L3. In particular, the first surface 4a and/or the second surface 4b of the circuit board 4 can run parallel to the longitudinal axis L3. The printed circuit board 4 is arranged inside the socket body 32 in such a way that one end or edge region of the printed circuit board 4 is situated in the region of the first end 32A of the socket body 32 . As in 5 It can also be seen that the sensor device 1 is arranged in the edge area of the printed circuit board 4 and in particular in the area of the first end 32A of the shaft body 32 . In this case, the sensor housing 10 can be partially accommodated in the cross section of the shaft body 32 . For example, as in 7 shown schematically, the first wall 12 of the sensor housing 10 may be located entirely within the cross section of the shaft body 32, the peripheral portion 13A of the second wall 13 may be partially located within the cross section of the shaft body 32 and partially protrude from the shaft body 32, in particular from the peripheral surface 32c of the shaft body 32 so that the opening 14 of the sensor housing 10 is exposed to the environment. As in 5 shown purely by way of example, the second wall 13 of the sensor housing 10 can protrude through a window 35 of the shaft body 32, the window being surrounded by a funnel-shaped area formed by the peripheral surface 32c.

Wie in 5 weiterhing beispielhaft dargestellt ist, kann ein Randbereich der Leiterplatte 4, an welchem die Anschlussschnittstelle 40 vorgesehen ist, dem zweiten Ende 32B des Schaftkörpers 32 zugewandt gelegen sein. Die elektrischen Leiter 2 können sich innerhalb des Schaftkörpers 32 bis in den Bereich des zweiten Endes 32B des Schaftkörpers 32 erstrecken. Insbesondere kann im Bereich des zweiten Endes 32B der Anschluss 20 in den Schaftkörper 32 integriert sein, in welchem die Leiter 2 kontaktiert sind, wie dies in 5 schematisch und rein beispielhaft dargestellt ist. Alternativ ist denkbar, dass die Leiter aus dem zweiten Ende 32B oder im Bereich des zweiten Endes 32 aus dem Schaftkörper 32 heraus ragen.As in 5 Furthermore, as shown by way of example, an edge area of the printed circuit board 4, on which the connection interface 40 is provided, can be located facing the second end 32B of the shaft body 32. The electrical conductors 2 can extend within the socket body 32 into the area of the second end 32B of the socket body 32 . In particular, in the area of the second end 32B, the connection 20 can be integrated into the shaft body 32, in which the conductors 2 are contacted, as is shown in 5 is shown schematically and purely by way of example. Alternatively, it is conceivable for the conductors to protrude from the second end 32B or from the shaft body 32 in the region of the second end 32 .

Allgemein umschließt auch bei der in 5 gezeigten Sensoranordnung 100 die Schutzummantelung 3 das Sensorgehäuse 10, die Leiterplatte 4 und die elektrischen Leiter 2 derart, dass die Leiterplatte 4 vollständig, die elektrischen Leiter 2 zumindest teilweise und das Sensorgehäuse 10 teilweise durch die Schutzummantelung 3 eingekapselt sind und die Öffnung 14 des Sensorgehäuses 10 zur Umgebung exponiert ist.General also encloses at the in 5 Sensor arrangement 100 shown, the protective casing 3, the sensor housing 10, the circuit board 4 and the electrical conductors 2 in such a way that the circuit board 4 is completely encapsulated, the electrical conductors 2 at least partially and the sensor housing 10 is partially encapsulated by the protective casing 3 and the opening 14 of the sensor housing 10 is exposed to the environment.

5 zeigt ferner in schematischer Weise, dass an der Kontaktoberfläche 4a der Leiterplatte 4 optional ein Dichtrahmen 5 vorgesehen sein kann. Dieser kann auch bei der in 4 gezeigten Sensoranordnung 100 vorgesehen sein. Der Dichtrahmen 5 liegt an der Kontaktoberfläche 4a der Leiterplatte 4 an und kann insbesondere an dieser befestigt sein, z.B. in stoffschlüssiger Weise. Wie in 5 angedeutet, ist der Dichtrahmen 5 als geschlossener Rahmen ausgebildet, welcher die Sensoreinrichtung 1 umgibt. Der Umfangsrand 12R der ersten Wandung 12 ist somit vollständig innerhalb des Dichtrahmens 5 bzw. innerhalb eines vom Dichtrahmen 5 umgrenzten Bereich der ersten Oberfläche 4a der Leiterplatte 4 gelegen. 5 FIG. 1 also shows in a schematic manner that a sealing frame 5 can optionally be provided on the contact surface 4a of the printed circuit board 4. FIG. This can also be done at the in 4 sensor arrangement 100 shown may be provided. The sealing frame 5 bears against the contact surface 4a of the printed circuit board 4 and can in particular be fastened to it, for example in a materially bonded manner. As in 5 indicated, the sealing frame 5 is designed as a closed frame which surrounds the sensor device 1 . The peripheral edge 12R of the first wall 12 is thus located completely within the sealing frame 5 or within a region of the first surface 4a of the printed circuit board 4 that is delimited by the sealing frame 5 .

Wie in den 5 schematisch dargestellt, kann die Sensoranordnung 100 derart an einer Trägerstruktur T angeordnet sein, dass der Schaftkörper 32 durch eine Ausnehmung 7 der Trägerstruktur T hindurch ragt. Hierbei kann das erste Ende 32A des Schaftkörpers 32 auf einer durch eine Innenfläche Ti der Trägerstruktur T definierten ersten Seite und das zweite Ende 32B des Schaftkörpers 32 auf einer durch eine Außenfläche Ta der Trägerstruktur T definierten zweiten Seite angeordnet sein. Insbesondere kann die Trägerstruktur T beispielsweise eine Leitung oder ein Rohr sein, welches an der Innenfläche Ti eine Gasströmung leitet. Wie in 5 außerdem dargestellt, kann der Flanschabschnitt 30 auf der zweiten Seite gelegen sein und z.B. an der Außenfläche Ta anliegen. Alternativ zu der in 5 gezeigten Anordnungen wäre auch denkbar, die Sensoranordnung 100 vollständig auf der ersten Seite der Trägerstruktur T anzuordnen, z.B. wenn der Flanschabschnitt 30 am zweiten Ende 32A des Schaftkörpers 32 angeordnet und mit der Innenfläche Ti verbunden ist.As in the 5 shown schematically, the sensor arrangement 100 can be arranged on a support structure T in such a way that the shaft body 32 protrudes through a recess 7 in the support structure T. The first end 32A of the socket body 32 can be arranged on a first side defined by an inner surface Ti of the support structure T and the second end 32B of the socket body 32 can be arranged on a second side defined by an outer surface Ta of the support structure T. In particular, the support structure T can be a line or a tube, for example, which conducts a gas flow on the inner surface Ti. As in 5 Also shown, the flange portion 30 may be located on the second side, eg abutting the outer surface Ta. As an alternative to the in 5 Arrangements shown would also be conceivable to arrange the sensor arrangement 100 completely on the first side of the support structure T, for example if the flange section 30 is arranged at the second end 32A of the shaft body 32 and is connected to the inner surface Ti.

In 6 ist schematisch der Ablauf eines Verfahrens M zur Herstellung einer der voranstehend beschriebenen Sensoranordnungen 100 dargestellt. In einem ersten Schritt M1 erfolgt ein Kontaktieren der Kontaktstrukturen 18 der Sensoreinrichtung 1 mit den Anschlusskontakten 48 der Leiterplatte 4. Dies kann in üblicher Weise durch Löten oder dergleichen erfolgen. In einem weiteren Schritt M3 werden die elektrischen Leiter 2 mit der Anschlussschnittstelle 40 der Leiterplatte elektrisch und mechanisch verbunden, z.B. mit diesen verlötet, gekrimpt oder dergleichen. In Schritt M3 erfolgt ein Anbringen M3 der Schutzummantelung 3 um das Sensorgehäuses 10, die Leiterplatte 4 und die elektrischen Leiter 2 derart, dass die Leiterplatte 4 vollständig, die elektrischen Leiter 2 zumindest teilweise und das Sensorgehäuse 10 teilweise durch die Schutzummantelung 3 eingekapselt sind und die Öffnung 14 des Sensorgehäuses 10 exponiert oder freiliegend bleibt. Schritt M3 kann beispielsweise ein Aufbringen von flüssigem Kunststoffmaterial um dasIn 6 The sequence of a method M for producing one of the sensor arrangements 100 described above is shown schematically. In a first step M1, the contact structures 18 of the sensor device 1 are brought into contact with the connection contacts 48 of the printed circuit board 4. This can be done in the usual way by soldering or the like. In a further step M3, the electrical conductors 2 are electrically and mechanically connected to the connection interface 40 of the printed circuit board, for example soldered to it. crimped or the like. In step M3, the protective casing 3 is attached M3 to the sensor housing 10, the printed circuit board 4 and the electrical conductors 2 in such a way that the printed circuit board 4 is completely encapsulated, the electrical conductors 2 at least partially and the sensor housing 10 is partially encapsulated by the protective casing 3 and the Opening 14 of the sensor housing 10 remains exposed or uncovered. Step M3 can, for example, involve the application of liquid plastic material around the

Sensorgehäuse 10, die Leiterplatte 4 und die elektrischen Leiter 2 umfassen, wobei das Kunststoffmaterial anschließend erstarrt, z.B. durch abkühlen, oder gehärtet wird, z.B. indem es einem vorbestimmten Temperaturverlauf unterzogen wird. Zur Anbringung der Schutzummantelung oder des Schutzgehäuses 3 kann beispielsweise ein Kunststoffspritzgussverfahren durchgeführt werden, wobei die Leiterplatte 4 mit der daran angeordneten und kontaktierten Sensoreinrichtung 1 sowie den kontaktierten Leitern 2 in eine Kavität einer Spritzgussform (nicht dargestellt) eingelegt und die Kavität mit dem flüssigen Kunststoffmaterial gefüllt wird. Alternativ ist auch denkbar, dass die Ummantelung 3 in Schritten M3 durch ein 3D-Druckverfahren hergestellt wird, wobei ausgehend von einem digitalisierten geometrischen Modell der Ummantelung 3 ein oder mehrere Ausgangsmaterialien sequentiell in Lagen übereinandergeschichtet und verfestigt werden. Das Ausgangsmaterial kann hierbei z.B. pulverförmig aufgebracht, verflüssigt und anschließend erstarrt oder gehärtet werden. Alternativ ist auch denkbar, dass das Ausgangsmaterial bereits flüssig zugeführt wird.Sensor housing 10 comprising circuit board 4 and electrical conductors 2, the plastic material then being solidified, e.g. by cooling, or hardened, e.g. by being subjected to a predetermined temperature profile. To attach the protective sheathing or the protective housing 3, a plastic injection molding process can be carried out, for example, in which the printed circuit board 4 with the sensor device 1 arranged and contacted thereon and the contacted conductors 2 are placed in a cavity of an injection mold (not shown) and the cavity is filled with the liquid plastic material becomes. Alternatively, it is also conceivable that the casing 3 is produced in steps M3 by a 3D printing method, starting from a digitized geometric model of the casing 3, one or more starting materials are sequentially stacked in layers and solidified. The starting material can, for example, be applied in powder form, liquefied and then solidified or hardened. Alternatively, it is also conceivable that the starting material is already supplied in liquid form.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind auch Kombinationen der voranstehenden Ausführungsbeispiele denkbar. Darüber hinaus versteht sich, dass die beschriebene Sensoranordnung nicht auf die Anwendung in Brennstoffzellensystemen beschränkt ist, sondern auch in anderen gasführenden Strukturen anwendbar ist.Although the present invention has been explained above by way of example using exemplary embodiments, it is not limited thereto but can be modified in many different ways. In particular, combinations of the above exemplary embodiments are also conceivable. In addition, it goes without saying that the sensor arrangement described is not limited to use in fuel cell systems, but can also be used in other gas-carrying structures.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US 6994267 B2 [0002]
US7373819B2 [0003]

Claims

Sensor assembly (100) comprising: a sensor device (1). a sensor housing (10) which defines an interior space (11), a plurality of electrical contact structures (18) being formed on an outer surface (10b, 12b) of the sensor housing (10), and the sensor housing (10) having an opening (14) has, which fluidly conductively connects the interior (11) to the environment, and a detection unit (15) arranged in the interior (11) of the housing (10), which is electrically connected to the contact structures (18) and set up to detect a moisture content of gas; a printed circuit board (4) with a plurality of connection contacts (48), which are electrically contacted with the contact structures (18) of the sensor device (1), and a connection interface (40) electrically connected to the connection contacts (48); a plurality of electrical conductors (2) electrically connected to the connector interface (30); and a protective casing (3) which encloses the sensor housing (10), the printed circuit board (4) and the electrical conductors (2) in such a way that the printed circuit board (4) completely, the electrical conductors (2) at least partially and the sensor housing (10) are partially encapsulated by the protective casing (3) and the opening (14) of the sensor housing (10) is exposed to the environment.

Sensor arrangement (100) after claim 1 , wherein the sensor housing (10) has a first wall (12) with an outer surface (12b), on which the contact structures (18) are formed, and a second wall (13), the second wall (13) having a peripheral section (13A ) protruding from the first wall (12) and having a cover portion (13B) spaced from the first wall (12) and in which the opening (14) is formed, the protective casing (3) forming the first wall (12) completely covers and the peripheral portion (13A) of the second wall (13) at least partially encloses.

Sensor arrangement (100) after claim 1 or 2 , wherein the protective casing (3) has a flange portion (30) with a connection interface (31) for mechanical connection to a support structure (T).

Sensor arrangement (100) according to one of the preceding claims, wherein the protective casing (3) has a shaft body (32) which extends between a first end (32A) and a second end (32B) along a longitudinal axis (L3), the circuit board (4) extends along the longitudinal axis (L3) inside the socket body (32), and wherein the sensor device (1) is arranged on the printed circuit board (4) in the region of the first end (32A) of the socket body (1).

Sensor arrangement (100) after claim 4 , wherein the electrical conductors (2) extend within the shaft body (32) to the region of the second end (32B) of the shaft body (32).

Sensor arrangement (100) after claim 4 or 5 , wherein the shaft body (32) has a longitudinal axis (L3) enclosing groove (33) in which a sealing ring (34) is accommodated.

Sensor arrangement (100) according to one of Claims 4 until 6 , wherein a region of the sensor housing (10), in which the opening (14) is formed, projects out of the shaft body (32) on a circumferential surface (32c) surrounding the longitudinal axis (L3).

Sensor arrangement (100) according to one of the preceding claims, wherein a sealing frame (5) which surrounds the sensor device (1) bears against a contact surface (4a) of the printed circuit board (4) on which the connection contacts (48) are arranged.

Sensor arrangement (100) according to one of the preceding claims, wherein the protective casing (3) is made of a plastic material, in particular a thermoplastic material.

Sensor arrangement (100) according to one of the preceding claims, wherein the detection unit (15) has a MEMS sensor module (15A).

Sensor arrangement (100) according to one of the preceding claims, wherein the printed circuit board (4) has a signal converter circuit (42) which is electrically connected to the connection contacts (48) and the connection interface (40) and is set up to output from the detection unit (15). Convert measurement signals from a first data format to a second data format.

Fuel cell system (200), comprising: a fuel cell assembly (201) with at least one fuel cell (210), a fuel inlet (211) for supplying gaseous fuel, a fuel outlet (212) for discharging unreacted fuel, an oxidizing gas inlet (213) for supplying of oxidizing gas and a product outlet (214) for discharging reaction products; a fuel supply line (202) connected to the fuel inlet (211); a fuel discharge line (203) connected to the fuel outlet (212); an oxidizing gas supply line (204) connected to the oxidizing gas inlet (213); a product discharge line (205) connected to the product outlet (214); and at least one sensor arrangement (100) according to one of the preceding claims, which is arranged at one of the following locations: in the fuel supply line (202), in the fuel discharge line (203), in the oxidation gas supply line (204), in the product discharge line (205), in the fuel cell assembly (201).

Method (M) for producing a sensor arrangement (100) according to one of Claims 1 until 10 , comprising: contacting (M1) of the contact structures (18) of the sensor device (1) with the connection contacts (48) of the printed circuit board (4); Connecting (M2) the electrical conductors (2) to the connection interface (40) of the printed circuit board (4) Attaching (M3) the protective sheathing (3) to the sensor housing (10), the printed circuit board (4) and the electrical conductors (2) in such a way that the printed circuit board (4) is completely encapsulated, the electrical conductors (2) at least partially and the sensor housing (10) is partially encapsulated by the protective casing (3) and the opening (14) of the sensor housing (10) remains exposed.