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Die Erfindung betrifft einen Sensor für die Abstands- oder Positionsmessung, insbesondere kapazitiv oder induktiv oder auf einem Wirbelstrom-Effekt arbeitender Sensor, mit einem Träger und einem auf dem Träger angeordneten oder in den Träger integrierten Sensorelement.
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Im Bereich beispielsweise kapazitiver Sensoren werden bereits schon lange Sensorelemente auf Träger in Form von Leiterplatten in Form von Sensorflächen ausgeführt. Diese Träger bzw. Leiterplatten bestehen üblicherweise aus dem Isolatormaterial FR4. FR4 ist ein Verbundwerkstoff aus Epoxidharz und Glasfasergewebe. Dieses Isolatormaterial bringt den Vorteil, Sensoren viel kostengünstiger und schneller auf den Markt zu bringen als Sensoren aus Metall und Isolier-/Vergussschichten oder Sensoren auf der Basis von gesinterten Keramikträgern.
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Werden Leiterplatten als Träger oder Substratmaterial für kapazitive Sensoren eingesetzt, ist es extrem wichtig, dass sich auch bei Temperaturänderung die Messfläche des Sensors (meist bestehend aus Kupfer - getragen vom Trägermaterial) möglichst konstant oder zumindest möglichst berechenbar und vorhersehbar verhält/ausdehnt, da die Größe der Messfläche maßgebend für eine kapazitive Abstandsmessung ist. Kostengünstige, flexibel gestaltbare kapazitive Sensorflächen werden oft in industrieller Umgebung eingesetzt, bei der anwendungsabhängig bei Anlagen Temperaturen von teils weit über 100°C herrschen.
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Auch bei induktiven oder auf dem Wirbelstrom-Effekt basierenden Sensoren ist es extrem wichtig, dass sich auch bei Temperaturänderung die Geometrie der Spule des Sensors (meist bestehend aus Kupferwindungen - getragen vom Trägermaterial) möglichst konstant oder zumindest möglichst berechenbar und vorhersehbar verhält/ausdehnt, da die Geometrie der Spule maßgebend für eine induktive/Wirbelstrom-Abstandsmessung ist.
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Üblicherweise besitzt FR4 herstellerabhängig und je nach sonstigen Zusatzstoffen eine Glasübergangstemperatur von 115°C bis 140°C. Bei dieser Temperatur ändert sich das mechanische und elektrische Verhalten der Isolationsschicht enorm und der Temperaturausdehnungskoeffizient der Leiterplatte entlang der Messrichtung „springt " teils von üblichen 70 ppm/°C auf ca. 300ppm/°C. Zu einer zunehmend schlechter werdenden Messqualität kommt hier die Gefahr, dass Durchkontaktierungen der Leiterplatte enormen Kräften ausgesetzt werden und abreißen, was zu einem Defekt des Sensors führt.
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Die empfohlene maximale Betriebstemperatur dieser FR4-Basis-Leiterplatten reicht bei vielen Anwendungen nicht aus, da diese von den meisten Leiterplattenherstellern mit ca. 25°C unter der Glasübergangstemperatur Tg angegeben wird. Die meisten FR4-Leiterplatten haben eine Tg von 135°C, einige von 150°C (Hoch-Tg-Leiterplatten), was aber keinen dauerhaften Betrieb bei Temperaturen von 150°C erlaubt. Hinzu kommt, dass herkömmliche FR4-Leiterplattensensoren durch zu unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der Einzelkomponenten (Messelement auf Leiterplattenbasis - bereits aus mindestens 2 unterschiedlichen Hauptmaterialien: Kupfer und Trägermaterial; Gegebenenfalls eingeklebt in ein Sensorgehäuse - üblicherweise aus Edelstahl) oft bei Temperaturerhöhungen ein unvorhersehbares Verhalten bei der Abstandsmessung zeigen. Dies geschieht aufgrund einer Durchbiegung des kapazitiven Sensors (Leiterplatte), die durch eine mechanische Spannung durch unterschiedliche Ausdehnung der Einzelkomponenten in der Ebene senkrecht zur Messrichtung hervorgerufen wird. Bei Sensoren, die auf Basis von Spulen arbeiten (induktive oder Wirbelstrom-Sensoren) kann sich die Geometrie der Spule ändern (z.B. Änderung des Durchmessers), was zu einer Änderung der Induktivität und damit einer Verfälschung des Messwertes führen kann.
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Aufgabe ist es im Bereich derartiger Sensoren immer wieder, einen variabel gestaltbaren Sensor bzw. ein Element eines Sensors entwickeln zu können, der/das in kurzer Zeit designbar und auch fertigbar ist und der/das bei den teils anspruchsvollen Anforderungen durch die Messumgebung - hauptsächlich im industriellen Bereich - ein möglichst konstantes und möglichst von der Umgebung unabhängiges Messverhalten liefert.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der eingangs genannten Art anzugeben, der ein sicheres Messverhalten bei unterschiedlichsten Umgebungsbedingungen mit konstruktiv einfachen Mitteln ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch einen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist der Sensor derart ausgestaltet und weitergebildet, dass der Träger ein Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat aufweist, auf Basis eines Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminats ausgebildet ist oder aus einem Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat besteht.
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In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass das üblicherweise verwendete Trägermaterial des bekannten Sensors zur Einschränkung der Anwendung des bekannten Sensors bei unterschiedlichsten Umgebungsbedingungen führt. In weiter erfindungsgemäßer Weise ist dann erkannt worden, dass mit einem Einsatz gerade eines Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminats im Bereich des Trägers die voranstehende Aufgabe auf überraschend einfache Weise gelöst wird. Im Konkreten weist der Träger ein Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat auf, ist der Träger auf Basis eines Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminats ausgebildet oder besteht der Träger aus einem Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat. Hier sind unterschiedliche erfindungsgemäße Ausgestaltungen realisierbar, bei denen der Träger in einer Variante beispielsweise vollständig aus einem Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat besteht. Ein Träger auf Basis eines Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminats oder auf Basis von Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminaten kann einen nahezu direkten Ersatz für herkömmliche Träger bei flexibel gestaltbaren, kostengünstigen kapazitiven oder induktiven/Wirbelstrom-Sensoren bieten, insbesondere im Bereich kapazitiver oder induktiv/auf dem Wirbelstrom-Effekt arbeitender Sensoren mit Leiterplatten-Trägern. Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminate zeigen ein sehr konstantes mechanisches und elektrisches Verhalten auch bei stark schwankenden Umgebungsbedingungen, beispielsweise bei bis zu etwa 280°C.
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Folglich ist mit dem erfindungsgemäßen Sensor ein Sensor bereitgestellt, der ein sicheres Messverhalten bei unterschiedlichsten Umgebungsbedingungen mit konstruktiv einfachen Mitteln ermöglicht.
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Im Hinblick auf eine besonders einfache und sichere Konstruktion kann der Träger als Leiterplatte ausgebildet sein oder eine Leiterplatte aufweisen. Die Verwendung von Leiterplatten als Träger hat sich in der Praxis bewährt und ermöglicht eine flexible und kostengünstige Herstellung eines Sensors.
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Hinsichtlich einer besonders sicheren und einfachen Herstellung des Sensors kann das Sensorelement als auf den Träger oder in den Träger oder in oder auf eine Metallschicht des Trägers ein- oder aufgebrachtes oder geätztes Sensorelement oder als auf den Träger oder in den Träger oder in oder auf eine Metallschicht des Trägers ein- oder aufgebrachte oder geätzte Sensorfläche ausgebildet sein.
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Bei kapazitiven Sensoren kann das Sensorelement aus flächigen Elektroden bestehen, die die Messelektrode, eine Schirmelektrode und ggf. eine Massefläche bilden. Bei induktiven oder Wirbelstrom-Sensoren kann das Sensorelement aus einer oder mehreren Spulen bestehen, die Induktivitäten bilden.
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Das Sensorelement kann in einer leitfähigen Schicht auf oder in dem Träger mit geeigneten Verfahren strukturiert und so die gewünschte Fläche oder Spule herausgearbeitet werden. Verfahren können dabei das (selektive) Ätzen von Kupferflächen, oder das Aufbringen von Metallflächen oder -leitern durch Beschichten (Sputtern, Dickschicht, Dünnschicht) oder photolithografische Verfahren sein. Auch eine Kombination mehrerer Verfahren ist denkbar, indem z.B. eine durch Beschichtung hergestellte Spule oder Fläche durch Laserbearbeitung nachgearbeitet wird. Üblicherweise werden in der Leiterplattentechnologie Metallflächen oder -leiterbahnen aus Kupfer hergestellt. Aber auch andere Metalle sind geeignet, insbesondere für Beschichtungsverfahren. Hierdurch ist eine flexible Gestaltung der Größe des Sensorelements in Abstimmung auf den jeweiligen Anwendungsfall ermöglicht.
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Bei einer konkreten Ausführung kann der Sensor einen Schichtaufbau aus dem Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat und mindestens einer Fläche aus Kupfer oder Metall und/oder mindestens einer Kupfer-Leiterbahn oder Metall-Leiterbahn aufweisen. In weiter konkreter Weise können oder kann die Fläche und/oder die Kupfer-Leiterbahn oder Metall-Leiterbahn auf oder in das Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat aufgebracht oder eingebracht sein. Mit einem derartigen Schichtaufbau ergeben sich unterschiedlichste Gestaltungsmöglichkeiten, sodass eine sichere Anpassung der Sensorgestaltung an einen jeweiligen Anwendungsfall ermöglicht ist.
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Zur sicheren und einfachen Realisierung eines kapazitiv arbeitenden Sensors kann die mindestens eine Fläche aus Kupfer oder Metall ganz konkret eine Elektrodenfläche oder Sensorfläche für eine kapazitive oder induktive oder auf dem Wirbelstrom-Effekt basierende Messung bilden.
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Zur sicheren und einfachen Realisierung eines induktiv oder nach dem Wirbelstrom-Effekt arbeitenden Sensors kann die mindestens eine Spule aus Kupfer oder Metall ganz konkret eine Induktivität für eine induktive oder nach dem Wirbelstrom-Effekt arbeitende Messung bilden.
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Je nach Erfordernis kann der Sensor in einem Gehäuse angeordnet sein, ein Gehäuse aufweisen oder mit einem Gehäuse gekoppelt sein. Auch diesbezüglich kann die Gestaltung in flexibler Weise an jeweilige Einsatzerfordernisse des Sensors angepasst und durch eine Realisierung mit einem Gehäuse eine besonders geschützte Ausgestaltung und damit ein besonders sicheres Messverhalten gewährleistet werden.
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Bei einer konkreten Ausführungsform kann das Gehäuse aus Metall ausgebildet sein. Aufgrund der Stabilität von Metall kann ein besonders hoher Schutz für ein in dem Gehäuse angeordnetes Sensorelement gewährleistet werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das Gehäuse mindestens einen Montagedurchgang und/oder mindestens ein Montageelement aufweisen. Mit einem derartigen Montagedurchgang und/oder Montageelement lässt sich eine sichere Positionierung des Sensors mittels des Gehäuses an einem Einsatzort realisieren. Eine sichere Positionierung ermöglicht zuverlässige Messungen mit dem Sensor.
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In weiter konstruktiv besonders einfacher und sicherer Weise kann der Sensor oder ein Anschlussbereich des Sensors eine Umspritzung oder eine spritzgusstechnisch hergestellte Umhüllung aufweisen. Eine derartige Umspritzung oder spritzgusstechnisch hergestellte Umhüllung kann ein Gehäuse ersetzen und/oder auf sichere Weise mittels Kunststoff erfolgen.
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Im Hinblick auf eine besonders sichere Ansteuerung und/oder Übertragung von Messdaten zu einer Auswerteelektronik kann das Sensorelement über eine koaxiale oder triaxiale Leitung mit einer Auswerteelektronik kontaktiert sein. Mittels einer triaxialen Leitung lässt sich eine besonders hohe Schirmwirkung erzielen.
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Hinsichtlich einer besonders einfachen Realisierung beispielsweise eines Spaltsensors kann der Träger mindestens zwei in unterschiedliche Richtungen messende Sensorelemente aufweisen. Dabei können zwei Richtungen in entgegengesetzte Richtungen weisen, wodurch sich Spaltbreiten besonders einfach messen lassen.
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Mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors kann ein kapazitiver Sensor oder ein induktiv oder nach dem Wirbelstrom-Effekt arbeitender Sensor zur Abstands- und/oder Positionsmessung mit einem Sensorelement realisiert werden, das in ein als Träger dienendes flaches Substrat integriert oder auf ein solches flaches Substrat aufgebracht ist, wobei das Substrat aus Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminaten besteht oder Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminate aufweisen kann.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Sensors zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
- 1 in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten, ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors,
- 2 in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten, sowie in einer Draufsicht ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors,
- 3 in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten, sowie in einer Draufsicht ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors,
- 4 in einer perspektivischen Ansicht das dritte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors aus 3,
- 5 in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten, in einer weiteren Seitenansicht, teilweise geschnitten, sowie in einer Draufsicht ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors,
- 6 in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten, sowie in einer Draufsicht ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors und
- 7 in einer perspektivischen Ansicht ein sechstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors.
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Bei den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Sensors 1 bedeuten gleiche Bezugsziffern gleiche Bauelemente.
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors 1 dargestellt, der ein spezifisches kapazitives Messelement/Sensorelement 2 aufweist, das mit einer als Träger 3 dienenden Leiterplatte 3 einen Materialverbund bildet, der ein Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat und Kupferflächen und/oder -leitungen aufweist. Dieser Materialverbund besitzt hervorragende thermische Stabilität über einen gesamten Temperatureinsatzbereich. Das Sensorelement 2 sitzt in einem Metallgehäuse 4. Die Kontaktierung erfolgt über eine koaxiale oder triaxiale Leitung 5.
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Im Folgenden wird hier die Ausführung mit triaxialer Leitung 5 beschrieben. Diese hat den Vorteil, dass eine verbesserte Schirmwirkung erzielt wird im Gegensatz zu einem koaxialen Anschluss des Sensors 1. Ein Mittelleiter 6 der Leitung 5 kontaktiert eine Messelektrode 7 am Sensorelement 2. Eine innere Schirmleitung 8 ist elektrisch mit einer metallischen Abschirmkappe 9 verbunden, die auf der Rückseite des Sensorelements 2 angeordnet ist. Die Abschirmkappe 9 ist mit einer Schirmelektrode 10 auf der Vorder/Messseite des Sensorelements 2 leitend verbunden. Mit dieser Anordnung kann eine aktive Abschirmung - auch Guard-Technologie genannt - der Messelektrode 7 erzielt werden. Ein äußerer Schirm 11 der Leitung 5 ist leitend mit dem Gehäuse 4 verbunden. Dazu wird eine Stützhülse 12 aus Metall auf die Leitung 5 geschoben. Die Stützhülse 12 hat zwei Funktionen: Zum Ersten dient sie der elektrischen Kontaktierung des Außenschirmes 11 mit dem Gehäuse 4, zum Zweiten stützt sie die Leitung 5 gegen eine Crimpung 13 ab, mit der die Leitung 5 mit dem Gehäuse 4 mechanisch verbunden wird.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors 1 in seitlicher Darstellung A und in Draufsicht B. Der Sensor 1 besitzt zum Anschluss an die hier nicht gezeigte Auswerteelektronik einen Triaxialstecker 14. Das Gehäuse 4 weist zwei Montagebohrungen 15a, 15b zur Befestigung oder Positionierung des Sensors 1 an geeigneter Stelle auf. Beispielsweise kann das Gehäuse 4 mittels durch die Montagebohrungen 15a, 15b geführte und hier nicht gezeigte Schrauben an einem geeigneten Bauelement befestigt und/oder positioniert werden.
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In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors in Form eines kapazitiven Spaltsensors 16 in seitlicher Ansicht A und Draufsicht B gezeigt. Wie bei dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist auch bei diesem Spaltsensor 16 ein Materialverbund aus kapazitivem Messelement/Sensorelement 2 und einer als Träger 3 dienenden Leiterplatte 3 gebildet, wobei der Materialverbund ein Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat und Kupferflächen und/oder -leitungen aufweist.
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Der Spaltsensor 16 besitzt im Konkreten zwei Sensorelemente 2a, 2b, die in der Leiterplatte 3 ausgebildet sind. Ein Sensorelement 2a misst in eine Richtung (figürlich nach oben), das andere Sensorelement 2b in die entgegengesetzte Richtung (figürlich nach unten). Damit kann die Weite von Spalten gemessen werden, indem der Abstand zur einen Seite des Spaltes und gleichzeitig der Abstand zur zweiten Seite des Spalts gemessen wird und daraus die Weite oder Breite des Spalts bestimmt wird.
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Der Sensor 16 besitzt kein Gehäuse, sondern besteht im Bereich der Messung nur aus dem oben beschriebenen Materialverbund aus Sensorelementen 2a, 2b und Leiterplatte 3. Dies ist aufgrund der guten und stabilen mechanischen Eigenschaften des Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminats möglich. Im Anschlussbereich 17 werden die beiden Sensorelemente 2a, 2b in der bereits aus 1 bekannten Weise jeweils mit einer triaxialen Leitung 5a, 5b kontaktiert. Zusätzlich sind zur mechanischen Befestigung oder Positionierung des Sensors 16 zwei Schraubösen 18a, 18b oder Durchgänge an der Leiterplatte 3 angebracht oder in der Leiterplatte 3 ausgebildet. Der gesamte Anschlussbereich 17 einschließlich der Schraubösen 18a, 18b ist mit Hotmelt - schmelzbarer Kunststoff - 19 umspritzt. Dies dient einerseits zur mechanischen Fixierung, andererseits zur Abdichtung gegen Stäube und Flüssigkeiten und dient als Ersatz für das Gehäuse. Anstelle von Hotmelt können jedoch auch andere Spritzgussverfahren verwendet werden.
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Der Sensor 16 ist ein Beispiel dafür, wie flexibel gestaltbar solche Sensoren 16 sind. Mit dem Anschlussbereich 17 und den Leitungen 5a, 5b bildet diese Leiterplatte 3 einen vollwertigen, sehr dünnen kapazitiven Sensor 16 mit extrem guter Performance im Vergleich zu vergleichbaren Sensoren zur Überwachung eines Spalts zwischen zwei leitfähigen Objekten.
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4 zeigt den Spaltsensor 16 in einer perspektivischen Gesamtansicht mit Triaxialsteckern 14a, 14b.
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In 5 ist ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors 1 dargestellt - A: Schnitt durch eine Mittelachse, B: Schnitt mit seitlicher Ansicht einer Montagebohrung, C: Draufsicht -, welches nur durch eine Leiterplatte 3 mit Sensorelement und mit bereits integrierten Montagebohrungen 18a, 18b, 18c, 18d und einer Leitung 5 ohne zusätzliches Gehäuse ausgeführt ist. Die Montagebohrungen 18a, 18b, 18c, 18d könne durch Bohren, Fräsen oder andere, für Leiterplatten 3 geeignete Verfahren hergestellt werden.
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Mit dieser Möglichkeit, auch dreidimensionale Fräsungen und Bearbeitungen an Leiterplatten 3 vorzunehmen, können hier beispielsweise auch kapazitive Abstandssensoren in flacher Bauweise gestaltet werden, die bereits ohne zusätzliche Teile eine Montagemöglichkeit bieten. Eine besonders flache Bauform kann erreicht werden, wenn anstatt einer im Querschnitt runden Leitung 5 eine Flachleitung 20 verwendet wird, wie dies in 6 gezeigt ist.
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In 7 ist ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors in Form eines Wirbelstromsensors 21 als Flachsensor in einer perspektivischen Gesamtansicht gezeigt. Das Sensorelement 22 besteht aus einer Spule 23, die auf dem Träger 3 angeordnet ist. Dabei sind koaxiale Leitungen 24a, 24b verwendet mit Koaxialsteckern 25a, 25b. Wie bei dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist auch bei diesem Flachsensor 21 ein Materialverbund aus einem Sensorelement 22 in Form einer Spule 23 und einer als Träger 3 dienenden Leiterplatte 3 gebildet, wobei der Materialverbund ein Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat und Kupferflächen und/oder -leitungen aufweist.
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Vorteile und wichtige Aspekte von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Sensors sind im Folgenden erläutert:
- Einen nahezu direkten Ersatz für herkömmliche FR4-Leiterplatten - bei flexibel gestaltbaren, kostengünstigen kapazitiven Sensoren auf Leiterplattentechnologie - bieten Leiterplatten auf Basis von Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminaten.
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Mit Temperaturausdehnungskoeffizienten, welche möglichst gut an das Leitermaterial Kupfer angepasst werden, und somit auch an Edelstahl für ein gegebenenfalls notwendiges Sensorgehäuse, sind diese Trägermaterialien oder Leiterplattenmaterialien, welche mittlerweile fast 1:1 wie FR4 von vielen Leiterplattenherstellern angeboten werden, sehr gut für den Einsatz in Trägern oder Leiterplatten kapazitiver Sensoren in schwankenden Umgebungsbedingungen geeignet. Die gute Verarbeitbarkeit der Materialien, welche nahezu alle Bearbeitungsmethoden umfasst, die in der Leiterplattenherstellung eingesetzt werden, macht dieses Material für die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen und Anwendungen noch attraktiver.
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Die sonst bei FR4 kritische Glasübergangstemperatur liegt hier bei über 280°C. Bis zu dieser Temperatur weisen die beschriebenen Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminate, KKL, ein extrem konstantes Verhalten elektrischer und mechanischer Art auf, was ideal ist, um in kürzester Zeit kostengünstig einen kapazitiven Sensor zu entwickeln, und zwar mit sehr gut berechenbarem Verhalten bei erhöhten Temperaturschwankungen.
| Werte im Überblick: | KKL | FR4 | FR4 (HTg) |
| Tg (Glasübergangstemperatur) | 280 °C | 120 bis 150 °C | bis 170 °C |
| Td (Zersetzungstemperatur) | 390 °C | ca. 300 °C | ca. 350 °C |
| CTE (x/y) in ppm/°C | 10/12 | ca. 20 | ca. 20 |
| CTE (z) in ppm/°C | 32 | 45 bis 70 | 45 bis 70 |
| Dielektrizitätskonstante | 3,5 | ca. 4,6 | ca. 4,8 |
| Thermischer Koeffizient Diel. in ppm/°C | 50 | k.A. | k.A. |
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Mit derartigen Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminaten lassen sich sehr einfach und kostengünstig kapazitive oder induktive oder nach dem Wirbelstrom-Effekt arbeitende Sensoren herstellen, die einen erheblich größeren Temperaturbereich abdecken als Sensoren mit herkömmlichen FR4-Leiterplatten: In einem Schichtaufbau können dazu auf bzw. in dem Laminat in bekannter Leiterplatten-Technologie Kupferflächen bzw. Kupfer-Leiterbahnen auf- bzw. eingebracht werden. Die Kupferflächen bilden dabei die für eine kapazitive Messung erforderlichen Elektrodenflächen (Messelektrode, Schirmelektrode (sogenannte Guard-Elektrode) und Massefläche) oder Spulen (ggf. Primär- und Sekundärspulen), die mit den Kupferleitungen, ggf. über elektrische Durchführungen, kontaktiert werden. Durch die sehr ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten, CTE, des Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminates und der Kupferflächen bzw. des Metallgehäuses treten auch bei höheren Temperaturen keine oder nur sehr geringe mechanische Verspannungen auf, die eine Messung beeinträchtigen oder den Sensor sogar zerstören könnten.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sensors wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.
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Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensor
- 2, 2a, 2b
- Sensorelement
- 3
- Träger, Leiterplatte
- 4
- Gehäuse
- 5, 5a, 5b
- Leitung
- 6
- Mittelleiter
- 7
- Messelektrode
- 8
- Schirmleitung
- 9
- Abschirmkappe
- 10
- Schirmelektrode
- 11
- äußerer Schirm
- 12
- Stützhülse
- 13
- Crimpung
- 14, 14a, 14b
- Triaxialstecker
- 15a, 15b
- Montagebohrung
- 16
- Spaltsensor
- 17
- Anschlussbereich
- 18a,18b, 18c, 18d
- Schrauböse, Montagebohrung
- 19
- Hotmelt
- 20
- Flachleitung
- 21
- Wirbelstromsensor
- 22
- Sensorelement
- 23
- Spule
- 24a, 24b
- Leitung
- 25a, 25b
- Koaxialstecker
