DE10232821B4

DE10232821B4 - Verfahren zum Herstellen von Sensoren zum elektrischen Messen der Füllstandshöhe sowie Einrichtung zum Herstellen solcher Sensoren

Info

Publication number: DE10232821B4
Application number: DE10232821A
Authority: DE
Inventors: Gottfried Domorazek
Original assignee: Domorazek Gottfried Dr-Inghabil
Current assignee: Domorazek Gottfried Dr-Inghabil
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2022-07-20
Also published as: DE10232821A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen von Sensoren (1) zum elektrischen Messen der Füllstandshöhe einer Flüssigkeit in einem Behälter, wobei der jeweilige Sensor (1) auf einem Träger (2) aus einem isolierenden Flachmaterial wenigstens einen Sensorbereich aufweist, der wenigstens zwei zumindest in einer Achsrichtung (L) aufeinander folgende Thermoelemente (3) besitzt, die jeweils von sich zumindest teilweise überlappenden Strukturen (6, 7) aus unterschiedlichen, elektrisch leitenden Werkstoffen gebildet sind, wobei diese Strukturen (6, 7) und/oder weitere Strukturen (8, 9, 10, 12, 13) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff durch Aufbringen der Werkstoffe auf ein den Träger (2) bildendes Trägermaterial (14) unter Verwendung wenigstens einer Maskenanordnung (24, 25) durch Spattern oder Aufdampfen erzeugt werden, und wobei die Maskenanordnung (24, 25) den Strukturen (6, 7, 8, 9, 10, 12, 13) entsprechend ausgebildete Fenster aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass für das Aufbringen der Strukturen (6, 7, 8, 9, 10, 12, 13) das Trägermaterial (14) zwischen der aus einem ferromagnetischen...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 und auf eine Einrichtung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 18.

Sensoren zum elektrischen Messen der Füllstandshöhe einer Flüssigkeit in einem Behälter, beispielsweise in einem Kraftstofftank eines Fahrzeugs, unter Verwendung von mehreren, an einer Oberflächenseite eines Trägers aus einem Flachmaterial gebildeten Thermoelementen, deren warme Übergänge durch einen den Heizleiter an der anderen Oberflächenseite des Trägers durchströmenden Heizstrom beheizt werden und die wenigstens eine von Füllstand abhängige Messspannung liefern, sind bekannt ( DE 38 02 225 A1 oder DE 40 30 401 A1 ).

Die die Thermoelemente bildenden Strukturen bestehen aus zwei unterschiedlichen, elektrisch leitenden Werkstoffen, von denen der eine Werkstoff beispielsweise Metall und der andere Werkstoff beispielsweise ein Halbleitermaterial ist. Beide Werkstoffe können aber auch unterschiedliche Metalle und/oder Metall-Legierungen sein. So eignen sich beispielsweise für die Thermoelementstrukturen als Werkstoffpaar Konstantan und eine Chrom-Nickel-Legierung. Für die Leiterbahnen und Anschlüsse an die die Thermoelemente bildenden Strukturen eignen sich metallische Werkstoffe und dabei vorzugsweise auch solche, deren spezifischer Widerstand eine möglichst geringe Temperaturabhängigkeit zumindest in dem Temperaturbereich aufweist, in dem derartige Füllstandssensoren zur Anwendung kommen, d.h. beispielsweise in einem Temperaturbereich zwischen ca. –100°C und +150°C. Aus Gründen einer möglichst einfachen und zuverlässigen äußeren Kontaktierung werden für die Anschlussbahnen oder Anschlüsse sowie Leiterbahnen der Thermoelemente, aber auch des Heizleiters z.B. Silber oder Silberlegierungen verwendet, und zwar trotz einer relativ hohen Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstandes dieser Werkstoffe. Eventuelle Temperaturbedingte Fehler werden dann in der mit dem Füllstandssensor zusammenwirkenden Auswert- und Steuerelektronik kompensiert.

Als Trägermaterial oder Träger eignet sich bei der Erfindung eine Folie aus einem Kunststoffmaterial, welches u.a. zusätzlich zu einer ausreichenden mechanischen Stabilität auch eine ausreichende Hitzebeständigkeit besitzt und insbesondere unempfindlich gegenüber derjenigen Flüssigkeit (z.B. Treibstoff) ist, deren Füllstandshöhe gemessen werden soll.

Problematisch ist bisher das Aufbringen der Strukturen auf das Flachmaterial, und zwar insbesondere dann, wenn für eine rationelle Fertigung im Mehrfachnutzen auf einem großformatigen Trägermaterial in einem Arbeitsgang die Strukturen mehrerer Sensoren gleichzeitig erzeugt werden sollen.

Bekannt sind weiterhin Verfahren ( US 4,599,970 ; DE-OS 2 247 579 ) zum Aufbringen von Strukturen auf Träger bzw. Substrate unter Verwendung von Masken, die aus einem magnetischen Material bestehen und beim Beschichten durch das Magnetfeld einer Magnetplatte fest gegen eine Oberflächenseite des zwischen der Maske und der Magnetplatte angeordneten Trägers anliegen.

Bekannt ist weiterhin ( DE 297 07 686 U1 ) eine Magnethalterung für Folienmasken, die (Magnethalterung) im Wesentlichen aus einem Trägerrahmen und einem Permanentmagneten aufweisenden Halterahmen besteht, wobei die jeweilige Folie bzw. Maske an ihren äußeren Rand zwischen diesen beiden Rahmen gehalten ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Einrichtung aufzuzeigen, mit der eine rationelle Fertigung von Sensoren zum elektrischen Messen der Füllstandshöhe bzw. der Strukturen solcher Sensoren möglich ist, insbesondere auch im Mehrfachnutzen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 vorgesehen. Eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist entsprechend dem Patentanspruch 18 ausgebildet.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 in vereinfachter Darstellung eine mögliche Ausführungsform eines Füllstandssensors bestehend aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Thermoelementen, die auf einem Trägermaterial durch Spattern erzeugt sind;
2 in vereinfachter, perspektivischer Darstellung eine Hilfsvorrichtung in Form einer Aufbauplatte zur Verwendung bei der Herstellen von Sensoren der 1 im Mehrfachnutzen;
3 die Hilfsvorrichtung der 2 in Seitenansicht;
4 in Draufsicht eine als Trägermaterial dienende Folie;
5 in vereinfachter Darstellung und in Draufsicht ein Halter in Form einer Magnetplatte zum Halten eines Folien- und Maskenpakets während des Spatterns in einer Spattereinrichtung oder -kammer;
6 die Magnetplatte der 5 im Teilschnitt;
7 eine Draufsicht auf die Magnetplatte bei abgenommener Deckplatte;
8 in Einzeldarstellung ein mit einer Schutzkappe versehener Führungsstift;
9 in vereinfachter schematischer Darstellung eine Spatterkammer zusammen mit der in dieser Kammer angeordneten und mit dem Folien- und Maskenpaket versehene Magnetplatte;
10 eine Darstellung ähnlich 9 bei einer weiteren möglichen Ausführungsform.
In der Figur ist mit 1 allgemein ein Sensor bezeichnet, der als Füllstandssensor beispielsweise Bestandteil einer Vorrichtung zum elektrischen oder elektronischen Messen der Füllstandshöhe einer Flüssigkeit in einem Behälter, beispielsweise in einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs ist. Der Sensor 1 besteht im wesentlichen aus einem streifenförmigen Träger 2 aus einer geeigneten, d.h. u.a. hitzebeständigen und gegenüber der Flüssigkeit unempfindlichen Kunststoff-Folie mit streifenförmigem Zuschnitt, auf der mehrere, in Träger-Längsrichtung L aufeinander folgende und von einander beabstandete Thermoelemente 3 gebildet sind, und zwar jeweils mit zwei Übergängen 4 und 5 zwischen unterschiedlichen, elektrisch leitenden Werkstoffen. Diese sind bei der dargestellten Ausführungsform unterschiedliche Metalle bzw. Metall-Legierungen, beispielsweise Konstantan und Chrom-Nickel-Legierung (Chrom-Nickel). Die Thermoelemente 3 sind bei der dargestellten Ausführungsform elektrisch in Reihe geschaltet, d.h. die Übergänge 4 und 5 folgen in dem von den Thermoelementen 3 gebildeten Sensorbereich wechselweise aufeinander.
Hierfür sind auf einer Oberflächenseite des Trägers 2 L-förmige Strukturen und stegförmige Strukturen 7 aufgebracht, wobei die L-förmigen Strukturen beispielsweise aus Chrom-Nickel und die stegförmigen Strukturen 7, die jeweils das Ende eines quer zur Längserstreckung L des Trägers 2 liegenden Schenkels einer L-Struktur 6 mit dem Ende eines in Richtung dieser Längserstreckung L orientierten Schenkel einer benachbarten L-Struktur verbinden, aus Konstantan bestehen. Selbstverständlich können auch umgekehrt die Strukturen 6 aus Konstantan und die Strukturen 7 aus Chrom-Nickel hergestellt sein.
Die Übergänge 4, die an den freien Enden der quer zur Längsachse L orientierten Schenkel der Strukturen 6 vorgesehen sind, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform in der Mitte oder etwa in der Mitte des Trägers 2, bilden die warmen Übergänge und die Übergänge 5 die kalten Übergänge der Thermoelemente 3.
An der den Strukturen 6 und 7 abgewandten Rückseite des Trägers 2 ist den warmen Übergängen 4 gegenüber liegend eine Struktur 8 als Heizleiter vorgesehen, die beispielsweise aus Silber gefertigt ist. Der Heizleiter (8) wird mit einem konstanten Strom beaufschlagt und gibt somit eine konstante und gleichmäßige Heizleistung an sämtliche Übergänge 4 ab, so dass bei nicht mit der Flüssigkeit benetztem Sensor 1 sämtliche Thermoelemente 3 die selbe Thermospannung liefern und sich diese Thermospannungen zu einer Messspannung addieren, die an Anschlüssen bzw. an freien Enden von Strukturen 9 und 10 anliegt, welche Leiterbahnen und Anschlüsse bilden. In Abhängigkeit von dem Füllstand, d.h. von der in die Flüssigkeit eingetauchten Länge des Sensors 1 nimmt die Messspannung entsprechend ab. Die Leiterbahn (9) ist mit der letzten, am unteren Ende des Trägers 2 vorgesehenen L-Struktur 6 verbunden und die Leiterbahn (10) mit der in der 1 obersten L-Struktur 6.
Entsprechende von Strukturen 12 und 13 gebildete Anschlüsse oder Leiterbahnen sind für den Heizleiter (8) an der die Strukturen 6 und 7 nicht aufweisenden bzw. abgewandten Rückseite des Trägers 2 vorgesehen. Das in der 1 untere Ende des Heizleiters (8) ist mit der als Rückleiter dienenden Leiterbahn (13) verbunden. Das in der 1 obere Ende des Heizleiters (8) ist mit der im wesentlichen als Anschluss dienenden Leiterbahn (12) verbunden, wobei der Querschnitt der Leiterbahnen (12) und (13) wesentlich größer ist als der Querschnitt des Heizleiters (8), um so die von Heizstrom erzeugte Heizenergie auf den Heizleiter (8) zu konzentrieren. Die Leiterbahnen (9), (10) und (12), (13) enden jeweils im Bereich des oberen Randes des Trägers 2. Der Heizleiter (8) und die Leiterbahnen (9), (10) und (12), (13) bestehen beispielsweise aus Silber oder einer Silberlegierung.
Das Aufbringen der Strukturen 6 und 7 sowie auch der Leiterbahn oder Struktur 11, des Heizleiters (8) sowie Leiterbahnen (9), (10) und (12), (13) erfolgt z.B. durch Spattern im Vakuum und unter Verwendung von Masken, die mit Fenstern entsprechend den Strukturen 6 und 7, dem Heizleiter (8) oder den Leiterbahnen (9), (10) und (12), (13) versehen sind. Bei der Herstellung werden jeweils mehrere Sensoren 1 im Mehrfachnutzen gefertigt, und zwar auf einem Trägermaterial 14 oder einer großformatigen Folie, die dann nach der Fertigstellung mit geeigneten Mitteln in die einzelnen Sensoren 1 bzw. Träger 2 zertrennt wird.
Im Detail erfolgt die Herstellung in mehreren Arbeitsschritten. Es werden beispielsweise in einem ersten Arbeitsschritt zunächst nur die Strukturen 6 gefertigt. Hierfür wird die Folie (14), die den in der 4 dargestellten Zuschnitt aufweist, zusammen mit weiteren Elementen auf einer Hilfsvorrichtung bzw. Aufbauplatte als Aufbauelement 15 zu einem Paket zusammengefügt. Die Aufbauplatte (15) ist bei der dargestellten Ausführungsform winkelförmig ausgebildet und besitzt an der Außenfläche 16 eines Schenkels 15' mehrere über diese Außenfläche 16 wegstehende Führungsstifte 17, die mit dem einen Ende in dem Schenkel 15' lösbar befestigt sind. Der andere Schenkel 15'' dient als Standfuß für die Aufbauplatte (15).
Entsprechend dem bei der dargestellten Ausführungsform rechteckförmigen Zuschnitt der Folie (14) besitzt auch die Aufbauplatte bzw. deren Schenkel 15' eine rechteckförmige Ausbildung. Dementsprechend ist im Bereich jeder Ecke ein Führungsstift 17 vorgesehen. Ein zusätzlicher Führungsstift 18 befindet sich an einer Schmalseite des Schenkels 15'. Dieser Führungsstift 18 ist unsymmetrisch vorgesehen, d.h. der Führungsstift 18 besitzt von dem in der 2 unteren Führungsstift 17 einen kleineren Abstand als von dem oberen Führungsstift, so dass ein Vertauschen des oberen und unteren Randes der Folie (14) beim Aufschieben auf die Führungsstifte 17 und 18 nicht möglich ist. Dieser Anordnung der Führungsstifte 17 und 18 entsprechend sind in der Folie (14) Öffnungen 19 (für die Führungsstifte 17) und Öffnungen 20 (für den zusätzlichen Führungsstift 18) vorgesehen.
Für das Aufbringen der Strukturen 6 wird auf der Aufbauplatte (15) ein Folien-Masken-Paket zusammengestellt, welches in den Figuren allgemein mit 21 bezeichnet ist. Hierzu werden auf die Aufbauplatte (15) bzw. die dortigen Stifte 17 und 18 aufeinander folgend zunächst als Zwischen- oder Kühlplatte eine Zwischenlage 22, eine Zwischenschicht aus einer weichen Zwischenfolie als Zwischenlage 23, die Folie (14), eine Maske 24 (Feinmaske), die Fenster entsprechend den Strukturen 6, der Leiterbahn (11) und den Kontaktflächen oder Leiterbahnen (9) und (10) aufweist, und eine weitere Maske 25 (Hilfsmaske) aufgesetzt. Die Zwischenschicht (23) dient hauptsächlich dazu, Beschädigungen der Folie (14) durch Abrieb an der Zwischen- oder Kühlplatte (22) zu vermeiden.
Die Maske 25 ist mit Fenstern derart versehen, dass sie die Maske 24 weitestgehend abdeckt, allerdings mit Ausnahme kleinflächiger Bereiche um die Fenster der Maske 24. Die Maske 25 besteht beispielsweise aus einem dickeren Material als die Maske 24 und dient zum thermischen Schutz der Maske 24 beim Spattern. Als Abschluss wird ein Tragrahmen 26 aufgesetzt, in dem die Stifte 17 und 78 beispielsweise durch Verschrauben wieder lösbar fixiert werden können.
Es versteht sich, dass die Kühlplatte (22), die Zwischenschicht (23), die Masken 24 und 25 und der Tragrahmen 26 ebenfalls den Öffnungen 19 und 20 entsprechende Öffnungen für die Fixierstifte 17 und 18 aufweisen. Während die zum Kühlen der Folien (14) und (23) beim Spattern dienende Kühlplatte (22) aus einem nicht magnetischen Material, beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder einem anderen, Wärme gut leitenden, nicht magnetischen Material besteht, sind die Masken 24 und 25 aus einem ferromagnetischen und hitzebeständigen Werkstoff, d.h. aus magnetischen oder ferromagnetischen Stahl gefertigt.
Nach der Bildung des Folien-Masken-Pakets 21 auf der Aufbauplatte (15) wird die Verbindung der Führungsstifte 17 und 18 am Schenkel 15' gelöst und das dann am Tragrahmen 26 gehaltene Folien-Masken-Paket 21 auf einem Halter 27 in Form einer Magnetplatte aufgesetzt, und zwar derart, dass die Kühlplatte (22) gegen eine Oberflächenseite 27' dieser Magnetplatte (27) anliegt. Die Magnetplatte (27) besitzt für die Führungsstifte 17 und 18 Bohrungen 28 und 29, und zwar für die Führungsstifte 17 die Bohrungen 28 und für den zusätzlichen Führungsstift die Bohrung 29. Das Aufsetzen des Folien-Masken-Pakets 21 auf die Magnetplatte (27) erfolgt dabei durch Einführen der über die Rückseite der Kühlplatte (22) vorstehenden Führungsstifte 17 und 18 in die Bohrungen 28 und 29.
Die Magnetplatte (27) ist so ausgebildet, dass durch ein starkes Magnetfeld nach dem Aufsetzen die von den beiden Masken 24 und 25 gebildete Maskenanordnung vollflächig fest gegen die Folie (14) und damit auch das Folien-Masken-Pakets 21 insgesamt fest gegen die Oberseite 27' der Magnetplatte (27) angepresst sind. Durch das von der Magnetplatte (27) erzeugte Magnetfeld ist somit gewährleistet, dass die Masken 24 und 25 trotz großformatiger Ausbildung auf ihrer gesamten Fläche dicht gegen einander bzw. gegen die Folie (14) anliegen.
Um trotz des hohen Magnetfeldes ein Aufsetzen und nach dem Spattern ein Abnehmen des Folien-Masken-Pakets 21 zu ermöglichen, sind die Bohrungen 28 und 29 so ausgeführt, dass ein gegenüber der Oberseite 27' geneigtes Aufsetzen, aber auch Abnehmen des Folien-Masken-Pakets 21 möglich ist.
Nach dem Auflegen des Folien-Masken-Pakets 21 können die Führungsstifte 17 und 18 zumindest teilweise entfernt werden, vorzugsweise verbleibt aber der Führungsstift 18 in der Magnetplatte 28. Verbleibende Führungsstifte 18 und 19 werden jeweils mit einer Schutzkappe 30 versehen (8), um ein „Zuspattern" dieser Führungsstife beim anschließenden Spattervorgang zu vermeiden. Der Tragrahmen 26 ist vor dem Spattern abgenommen.
Zur Bildung der Strukturen 6 wird die aus dem Folien-Masken-Paket 21 und der Magnetplatte (27) bestehende Anordnung in eine Spatterkammer 31 eingebracht (9).
Nach der Herstellung der Strukturen 6 werden die Führungsstifte 17 und 18, soweit sie entfernt wurden, wieder eingeführt und der Trägerrahmen 26 auf diesen Kontaktstiften befestigt. Im Anschluss daran wird das Folien-Masken-Paket 21 von der Magnetplatte (27) abgenommen und mit den Führungsstiften 17 und 18 wieder auf die Aufbauplatte (15) aufgesetzt. Nach Befestigen der Führungsstifte 17 und 18 in der Aufbauplatte (15) und nach dem Abnehmen des Trägerrahmens 26 werden die Masken 24 und 25 gegen solche Masken ausgewechselt, die zur Herstellung der Strukturen 7 dienen. Im Anschluss daran erfolgen wiederum das Aufsetzen des neu erstellten Folien-Masken-Pakets 21 auf die Magnetplatte (27) und das anschließende Aufbringen der Strukturen 7 durch Spattern in der Spatterkammer 31.
In einem weiteren Arbeitsgang werden dann nach einem erneuten Zusammenstellen des Folien-Masken-Pakets 21 mit den Leiterbahnen (9) und (10) entsprechenden Masken 24 und 25 diese Leiterbahnen durch Spattern in der Spatterkammer 31 aufgebracht.
Der Heizleiter (8) und die Leiterbahnen (12) und (13) werden nach dem Wenden der Folie (14) und nach dem erneuten Zusammenstellen des Folien-Masken-Pakets 21 mit den zur Herstellung der Heizleiter (8) und der Leiterbahnen geeigneten Masken 24 und 25 erzeugt, wobei auch die Herstellung des Heizleiters (8) und der Leiterbahnen (12) und (13) wiederum in zwei getrennten Arbeitsgängen erfolgen kann, um so stabilere Masken zu erhalten.
Die 6 und 7 zeigen im Detail einen möglichen Aufbau der Magnetplatte (27). Diese ist mehrteilig ausgeführt und besteht u.a. aus einer aus nicht magnetischem Material, beispielsweise aus Aluminium hergestellte Platte 32, welche mit einer Vielzahl von napfartigen, an der Oberseite der Platte 32 offenen Aufnahmen oder Öffnungen 33 versehen ist. In jede Öffnung 33 ist ein Permanentmagnet 34 eingesetzt, und zwar derart, dass sich jeder Permanentmagnet 34 mit seinem Pol einer ersten Polarität, beispielsweise mit seinem Nordpol an der oberen, offenen Seite der Öffnung 33 befindet und der Pol der anderen Polarität, d.h. beispielsweise der Südpol dem Boden der Öffnung 33 benachbart ist.
Die Platte 32 ist zwischen einer oberen Platte 35, die aus einem nicht magnetischen Material, beispielsweise aus Aluminiumblech besteht und die Oberseite 27' bildet, und einer unteren Platte 36 angeordnet, die aus einem ferromagnetischen Material, d.h. aus einem entsprechenden Metall, beispielsweise aus ferromagnetischem Stahl besteht und die auch einen die Platte 32 auf ihrem gesamten Umfang umschließenden Rand 37 bildet, der geringfügig über die der Platte 32 abgewandte Seite der Platte 35 vorsteht. Bei auf die Oberseite 27' aufgelegtem Folien-Masken-Paket 21 ergeben sich somit Magnetlinien, die zumindest zum Großteil durch die Masken 24 und 25 verlauten. Zusammengehalten sind die verschiedenen Elemente der Magnetplatte (27) durch mehrere Verbindungselemente 38.
Die 10 zeigt in vereinfachter Darstellung eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführung wird als Halter 27a eine Magnetplatte verwendet, die sich von der Magnetplatte (27) dadurch unterscheidet, dass sie an ihren beiden Oberflächenseiten wirksam ist, d.h. auf jeder Seite dieser Magnetplatte (27a) kann jeweils ein Folien-Masken-Paket 21 für den Spattervorgang vorgesehen werden. Die Spatterkammer 31a ist hierbei für ein Spattern von zwei Seiten ausgebildet.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass die Herstellung der Strukturen 6, des Heizleiters (8), der Leiterbahn (11) und der Kontaktflächen oder Leiterbahnen (9), (10), (12), (13) durch Spattern erfolgt. Auch andere Techniken unter Verwendung der Masken 24 und 25 sind denkbar, beispielsweise Aufdampfen und/oder galvanische oder chemisches Abscheiden usw.. Weiterhin kann die Magnetplatte (27) bzw. (27a) so ausgebildet sein, dass das Magnetfeld abschaltbar und zuschaltbar- ist, und zwar durch Verwendung von Elektromagneten oder von Permanentmagneten, die mit einer Magnetspule versehen sind und deren Magnetfeld durch Aktivierung der Magnetspulen aufhebbar ist.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass das Zusammenstellen des jeweiligen Folien-Masken-Pakets 21, insbesondere auch das Austauschen der Masken 24 und 25 sowie das Wenden der Folie (14) nach dem Herstellen der Strukturen 7 und 8 und der zugehörigen Leiterbahnen (9) und (10) und das erneute Zusammenstellen des Folien-Masken-Pakets zur Herstellung des Heizleiters (8) und der Leiterbahnen (12) und (13) außerhalb der jeweiligen Spatterkammer 31 bzw. 31a auf der Aufbauplatte (15) erfolgen. Bei einer entsprechenden Ausbildung der Spattervorrichtungen 31 bzw. 31a ist es aber auch möglich, diese Vorgänge maschinell innerhalb der Spatterkammer oder in einer oder mehreren mit der Spatterkammer beispielsweise über Schleusen verbundenen Hilfskammern im Vakuum vorzunehmen, um so die Leistung bei der Herstellung der Füllstandssensoren (hergestellte Sensoren je Zeiteinheit) zu erhöhen.

1: Sensor oder Füllstandssensor
2: Träger oder Folie
3: Thermoelement
4, 5: Übergang
6, 7, 8, 9: Struktur
10, 12, 13: Struktur
14: Trägermaterial oder großformatige Folie
15: Aufbauplatte
15', 15'': Schenkel
16: Fläche
17, 18: Führungsstift
19, 20: Stiftöffnung
21: Folien-Masken-Paket
22: Zwischenlage oder Patte aus nicht magnetischem Material
: mit hoher Leitfähigkeit, Kühlplatte
23: Zwischenlage oder Zwischenschicht
24, 25: Maske aus ferromagnetischem Material
26: Tragrahmen
27: Halter oder Magnetplatte
27': Oberseite
28, 29: Bohrung für Führungsstifte
30: Schutzkappe
31, 31a: Spatterkammer
32: Platte
33: Öffnung oder Aufnahme
34: Permanentmagnet
35: Platte
36: Platte
37: Rand
38 Verbindungselement

Claims

Verfahren zum Herstellen von Sensoren (1) zum elektrischen Messen der Füllstandshöhe einer Flüssigkeit in einem Behälter, wobei der jeweilige Sensor (1) auf einem Träger (2) aus einem isolierenden Flachmaterial wenigstens einen Sensorbereich aufweist, der wenigstens zwei zumindest in einer Achsrichtung (L) aufeinander folgende Thermoelemente (3) besitzt, die jeweils von sich zumindest teilweise überlappenden Strukturen (6, 7) aus unterschiedlichen, elektrisch leitenden Werkstoffen gebildet sind, wobei diese Strukturen (6, 7) und/oder weitere Strukturen (8, 9, 10, 12, 13) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff durch Aufbringen der Werkstoffe auf ein den Träger (2) bildendes Trägermaterial (14) unter Verwendung wenigstens einer Maskenanordnung (24, 25) durch Spattern oder Aufdampfen erzeugt werden, und wobei die Maskenanordnung (24, 25) den Strukturen (6, 7, 8, 9, 10, 12, 13) entsprechend ausgebildete Fenster aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass für das Aufbringen der Strukturen (6, 7, 8, 9, 10, 12, 13) das Trägermaterial (14) zwischen der aus einem ferromagnetischen Material aufweisenden Maskenanordnung (24, 25) und einem Halter (27) oder auf diesem Halter (27) vorgesehenen Zwischenlagen (22, 23) durch ein auf die Maskenanordnung (24, 25) einwirkendes Magnetfeld derart eingespannt wird, dass die Maskenanordnung (24, 25) zumindest in ihrem die Fenster aufweisenden Bereich vollflächig gegen das Trägermaterial (14) anliegt, dass als Maskenanordnung wenigstens zwei stapelartig übereinander angeordnete, dicht gegeneinander anliegende Masken (24, 25) aus einem hitzebeständigen Material verwendet werden, von denen eine erste, dem Träger (2) benachbarte und gegen diesen anliegende Maske (24) als Feinmaske die Fenster entsprechend den zu erzeugenden Strukturen (6, 7) aufweist, eine zweite Maske (25) mit Fenstern als Hilfsmaske auf die erste Maske (24) aufgesetzt ist und zumindest die zweite Maske (25) aus dem ferromagnetischen Material besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Maske (25) aus einem dickeren Material als die erste Maske (24) besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Halter (27) eine Magnetplatte verwendet wird, die eine erste Platte (32) aus einem nichtmagnetischen Material, beispielsweise aus Aluminium, mit einer Vielzahl von Öffnungen (33) aufweist, in welche jeweils ein Permanentmagnet (34) eingesetzt ist, und die zwischen einer zweiten Platte (35), die ebenfalls aus einem nichtmagnetischen Material, beispielsweise aus Aluminium besteht und die Oberseite der Magnetplatte bildet, und einer dritten Platte (36) angeordnet ist, die aus einem ferromagnetischen Material besteht und die einen die erste Platte sowie die zweite Platte umschließenden Rand (37) bildet, der geringfügig über die Oberseite (27') der Magnetplatte vorsteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägermaterial (14) in Form einer Folie verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Struktur (8, 9, 10, 12, 13) wenigstens ein Heizleiter und/oder Leiterbahnen und/oder Kontaktflächen aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) während des Aufbringens der Strukturen (6, 7, 8, 9, 10, 12, 13) aus wenigstens einem der Werkstoffe zwischen dem Halter (27) oder den Zwischenlagen (22, 23) und der Maskenanordnung (24, 25) durch ein auf die gesamte Fläche oder nahezu die gesamte Fläche der Maskenanordnung (24, 25) einwirkendes Magnetfeld eingespannt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenlage (22) ein Körper oder eine Platte aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise aus einem nicht magnetischen Material, verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenlage (23) eine Zwischenschicht aus einem weichen, elastischen Flachmaterial verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Halter (27) ein von dem Trägermaterial (14), der Maskenanordnung (24, 25) sowie ggf. von der wenigstens einen Zwischenlage (22, 23) gebildete Folien-Masken-Paket (21) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Folien-Masken-Paket (21) zunächst auf einer Hilfsvorrichtung, beispielsweise auf einer Aufbauplatte (15) gebildet und anschließend auf dem Halter (27) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Folien-Masken-Paket (21) durch Aufschieben des Trägermaterials (14), der Maskenanordnung (24, 25) sowie ggf. der wenigstens einen Zwischenlage (22, 23) auf Führungsstifte (17, 18) der Hilfsvorrichtung gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für das Aufbringen der Strukturen (6, 7, 8, 9, 10, 12, 13) am Halter (27) beidseitig jeweils ein Folien-Masken-Paket (21) vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Trägermaterial (14) die Strukturen (6, 7, 8, 9, 10, 12, 13) für mehrere Sensoren oder Sensorbereiche erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Oberflächenseite des Trägermaterials (14) für die Thermoelemente (3) Strukturen (6, 7) aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Konstantan oder aus Chrom/Nickel erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der einen Oberflächenseite des Trägermaterials (14) Leiterbahnen (9, 10) für die Thermoelemente (3) aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Silber oder einer Silberlegierung erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der anderen Oberflächenseite des Trägermaterials (14) wenigstens eine Heizleiterstruktur (8) aus einem metallischen Werkstoff, z.B. aus Silber erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der anderen Oberflächenseite des Trägermaterials (14) Leiterbahnen (12, 13) für den Heizleiter (8) aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Silber oder einer Silberlegierung erzeugt werden.
Einrichtung zum Herstellen von Sensoren (1) zum elektrischen Messen der Füllstandshöhe einer Flüssigkeit in einem Behälter, wobei der jeweilige Sensor (1) auf einem Träger (2) aus einem isolierenden Flachmaterial wenigstens einen Sensorbereich aufweist, der wenigstens zwei zumindest in einer Achsrichtung (L) aufeinander folgende Thermoelemente (3) besitzt, die jeweils von sich zumindest teilweise überlappenden Strukturen (6, 7) aus unterschiedlichen, elektrisch leitenden Werkstoffen gebildet sind, wobei diese Strukturen (6, 7) und/oder weitere Strukturen (8, 9, 10, 12, 13) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff durch Aufbringen der Werkstoffe auf ein den Träger (2) bildendes Trägermaterial (14) unter Verwendung wenigstens einer Maskenanordnung (24, 25) durch Spattern oder Aufdampfen erzeugt werden, und wobei die Maskenanordnung (24, 25) den Strukturen (6, 7, 8, 9, 10, 12, 13) entsprechend ausgebildete Fenster aufweist, gekennzeichnet durch eine Magnetanordnung an einem Halter (27) zum vollflächigen Anpressen der wenigstens einen Maskenanordnung (24, 25) an das Trägermaterial (14) zumindest im Bereich der Fenster durch ein von der Magnetanordnung ausgeübtes Magnetfeld, wobei die Maskenanordnung wenigstens zwei stapelartig übereinander angeordnete Masken (24, 25) aufweist, von denen eine erste, dem Trägermaterial (14) benachbarte Maske (24) als Feinmaske die Fenster entsprechend den zu erzeugenden Strukturen (6, 7) besitzt, eine zweite Maske (25) mit Fenstern als Hilfsmaske auf die erste Maske (24) aufgesetzt ist und zumindest die zweite Maske (25) aus einem ferromagnetischen Material besteht.
Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung ein auf die gesamte Fläche oder nahezu die gesamte Fläche der Maske (24, 25) einwirkendes Magnetfeld erzeugt.
Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (27) eine Magnetplatte ist, die eine erste Platte (32) aus einem nichtmagnetischen Material, beispielsweise aus Aluminium, mit einer Vielzahl von Öffnungen (33) aufweist, in welche jeweils ein Permanentmagnet (34) eingesetzt ist, und die zwischen einer zweiten Platte (35), die ebenfalls aus einem nichtmagnetischen Material, beispielsweise aus Aluminium, besteht und die Oberseite der Magnetplatte bildet, und einer dritten Platte (36) angeordnet ist, die aus einem ferromagnetischen Material besteht und die einen die erste Platte (32) sowie die zweite Platte (35) umschließenden Rand (37) bildet, der geringfügig über die Oberseite (27') der Magnetplatte vorsteht.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung von wenigstens einem steuerbaren Magneten oder von wenigstens einem Elektromagneten gebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung von einer Vielzahl von steuerbaren Magneten oder Elektromagneten gebildet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (27) als Platte ausgebildet ist, und zwar mit einer Vielzahl von in Aufnahmen (33) angeordneten Magneten (34).
Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, gekennzeichnet durch einen vorzugsweise als Zwischen- oder Kühlplatte (22) ausgebildeten Kühlkörper zwischen dem Halter (27) und dem Trägermaterial (14).
Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Halter (27) und dem Trägermaterial (14) eine vorzugsweise von einer Folie gebildete Zwischenschicht (23) vorgesehen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (27) Öffnungen (28, 29) für Führungsstifte (17, 18) aufweist, auf die die Masken und das Trägermaterial (14) mit passenden Führungsöffnungen (19, 20) aufschiebbar sind.
Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischen- oder Kühlplatte (22) und/oder die die Zwischenschicht (23) bildende Folie ebenfalls Öffnungen (19, 20) für die Führungsstifte aufweisen.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 27, gekennzeichnet durch ein Aufbauelement (15), welches an einem beispielsweise plattenförmigen Halter (15') abnehmbare Führungsstifte (17, 18) aufweist, auf welche zur Bildung eines Folien-Masken-Pakets (21) zumindest das Trägermaterial (14) und die wenigstens eine Maskenanordnung (24, 25), vorzugsweise auch die Zwischen- oder Kühlplatte (22) und/oder die als Zwischenschicht (23) dienende Folie aufschiebbar sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, gekennzeichnet durch ein Tragelement oder einen Tragrahmen (26) zum Befestigen an den Führungsstiften (17, 18).
Einrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 29, gekennzeichnet durch haubenartige Abdeckelemente (30) zum Abdecken der Führungsstifte (17, 18) während des Aufbringens der Strukturen (6, 7, 8, 9, 10, 12, 13).