DE19846078B4

DE19846078B4 - Elektronische Einrichtung

Info

Publication number: DE19846078B4
Application number: DE19846078A
Authority: DE
Inventors: Frank Hagen; Stefan Garneyer; Klaus Hinteresch
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 1997-10-10
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2018-10-08
Also published as: DE19846078A1

Abstract

Elektronische Einrichtung, umfassend zumindest ein magnetfeldempfindliches Sensorelement und einen mit demselben kooperierenden Permanentmagneten sowie eine mit dem Sensorelement elektrisch verbundene Auswerteschaltung, die ein durch die durch Annäherung und Entfernung eines ferromagnetischen Gegenstandes hervorgerufenen, zumindest einen voreingestellten Schwellwert überschreitenden Magnetfeldänderungen sich änderndes Ausgangssignalerzeugt, wobei Sensorelement und Auswerteschaltung auf ein und demselben, elektrische Leiterbahnen aufweisenden, plattenförmigen Substrat angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (5) auf der dem Sensorelement (4) gegenüberliegenden Seite des plattenförmigen Substrats (3) hinter diesem in einer Vertiefung (3a) angeordnet ist, wobei im Bereich der Vertiefung (3a) des plattenförmigen Substrats (3) die Materialstärke reduziert ist auf ein Maß, das zwischen 10% und 90% der ursprünglichen Materialstärke beträgt und so gewählt ist, daß sich am Ort des Sensorelements (4) ein sowohl nach absoluter Feldstärke als auch nach der durch den ferromagnetischen Gegenstand (6) verursachten Änderung demselben optimal auf den zumindest einen voreingestellten Schwellwert abgestimmtes Magnetfeld einstellt, und daß das...

Description

Die Erfindung geht aus von einer gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs konzipierten elektronischen Einrichtung.

Solche auf Basis eines magnetfeldempfindlichen Sensors und eines damit kooperierenden Permanentmagneten arbeitende Einrichtungen werden insbesondere zur Erfüllung diverser Schalt- und Sensorikaufgaben eingesetzt.

So ist ein Beispiel für eine dem Oberbegriff des Hauptanspruchs entsprechende elektronische Einrichtung in dem aus der EP 0 448 062 bekannten Drehzahlsensor zu sehen.

Bei diesem sowohl die Drehzahl als auch die Drehrichtung erkennenden Sensor werden zwei in Bewegungsrichtung eines abzutastenden Zahnrades oder eine Taktscheibe hintereinander angeordnete, magnetfeldabhängige Elemente eingesetzt, welche beim Vorbeiziehen eines Zahnes nacheinander einer erhöhten an- und abschwellenden magnetischen Induktion ausgesetzt sind und je nach Drehrichtung Signale entgegengesetzter Phasenlage liefern. Als magnetfeldempfindliche Sensorelemente werden dabei sogenannte Hallgeneratoren eingesetzt. Der Drehzahlsensor umfaßt ein hülsenförmiges Sensor-Gehäuse, welches am Getriebegehäuse eines Kraftfahrzeuges zu befestigen ist. Dem Drehzahlgeber getriebeseitig ist dabei als Taktrad bzw. Taktgeber eine ferromagnetische Taktscheibe zugeordnet. Im Meßkopfbereich des Drehzahlsensors ist dabei ein quaderförmiger Träger aus Kunststoff vorgesehen, in dem einerseits ein Permanentmagnet und andererseits ein Substratplättchen mit Sensorelementen aufgenommen sind. In dem Trägerkörper sind Leiter eingebettet, die durch eine Bondverdrahtung mit dem Substratplättchen kontaktiert sind. Die Verdrahtungsebene des Substratplättchens ist mittels einer Vergußmasse abgeschlossen. Der Rückraum des Trägers ist ebenfalls mit einer Vergußmasse abgedeckt. Die Konstruktion eines solchen Trägers mit eingegossenem Permanentmagneten und Substratplättchen mit den magnetfeldempfindlichen Sensorelementen ist aufwendig. Der Drehzahlsensor erfordert ein spezielles Gehäuse sowie den aufwendigen Träger und das Substrat.

Ein anderes Beispiel für eine elektronische Einrichtung gemäß der Gattung des vorliegenden Erfindungsgegenstands ist in einem auf Basis eines Hall- oder magnetoresistiven Sensorelements arbeitenden, magnetischen Näherungsschalter zu sehen.

Solche Schalter, bei denen der Schaltvorgang durch Annäherung bzw. Entfernung eines ferromagnetischen Auslöseteils an das bzw. von dem durch einen Permanentmagneten magnetisch vorgespannte(n) Sensorelement hervorgerufen wird, werden inzwischen vielfach, z.B. in Kraftfahrzeugen als Ersatz für die bisher verwendeten elektromechanischen Schalter eingesetzt.

Ein generelles Problem bei derartigen elektronischen Einrichtungen besteht darin, daß aufgrund einerseits der speziellen Anforderungen bezüglich ihres mechanischen Aufbaus und andererseits der Erfordernis einer elektrischen Kontaktierung des Sensorelements aufwendige konstruktive Maßnahmen und komplizierte Montageschritte zur ihrer Realisierung erforderlich sind.

Dabei kommt insbesondere der genauen Positionierung des magnetfeldempfindlichen Sensorelements und des zur Vorspannung desselben erforderlichen Permanentmagneten zueinander, die im allgemeinen die exakte Einhaltung eines vorgegebenen Abstands zwischen beiden umfaßt, erhebliche Bedeutung zu.

Darüberhinaus entziehen sich die Möglichkeiten der gegenwärtig verfügbaren Aufbautechnik auch dem Wunsch Sensorelemente in sog. SMD-Bauweise einzusetzen, die ohne Anschlußdrähte direkt auf einer elektrischen Leiterplatte montiert werden.

Aus der DE 44 14 280 A1 sowie der US 4,853,632 sind Einrichtungen zum Erfassen der Drehposition bzw. Drehbewegung eines ferromagnetischen Zahn- bzw. Nockenrades bekannt geworden, bei denen jeweils magnetfeldempfindliche Sensorelemente eingesetzt sind, denen auf ihrer dem Zahn- bzw. Nockenrad abgewandten Seite Permanentmagneten zugeordnet sind. Die Permanentmagneten sind hierbei in einer Durchgangsöffnung einer Leiterplatte aufgenommen und zu ihrer Befestigung in der gewünschten Position mittels eines Klebers fixiert. Während des Aushärtvorgangs des Klebers muß der Permanentmagnet dabei in der richtigen Position gehalten werden.

Aus der JP 2-177579 A ist darüber hinaus ein magnetoresistives Sensorelement bekannt geworden, bei dem zum Schutz eines elektrischen Anschlußbereichs ein abgestuftes Substrat zur Aufnahme der magnetoresistiven Struktur verwendet wird. Zur Zuordnung eines Permanentmagneten zu dieser Struktur ist in dem Substrat eine Vertiefung vorgesehen, in der dieser aufgenommen ist. Wie der Magnet dort gehalten bzw. befestigt ist, ist jedoch nicht offenbart.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Aufbautechnik für elektrische Einrichtungen der genannten Art verfügbar zu machen, bei der die geschilderten mechanischen Anforderungen hinsichtlich der Positioniergenauigkeit präzise und dabei äußerst kostengünstig zu erfüllen sind. Darüberhinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Aufbautechnik überhaupt erst den sinnvollen Einsatz von in SMD-Bauweise, „Chip-On-Board" oder ähnlichen Techniken ausgeführten Sensorelementen in solchen Applikationen.

Dies gelingt dadurch, daß das beispielsweise in SMD-Bauform vorliegende Sensorelement direkt auf einem z.B. als elektrische Leiterplatte ausgeführten plattenförmigen Substrat angeordnet ist, das auf der dem Sensorelement abgewandten Seite eine Vertiefung aufweist, die so bemessen ist, daß der Permanentmagnet durch Anlage seiner Stirnfläche am Boden dieser Vertiefung in exakt dem richtigen Abstand zum Sensorelement gehalten wird, wobei das plattenförmige Substrat in einem Gehäuse derart angeordnet ist, daß sich der Permanentmagnet auf an einer Innenseite des Gehäuses angebrachten Klemmrippen abstützt und damit das Sensorelement an der gegenüberliegenden Innenseite zur Anlage bringt. Darüberhinaus bieten die Seitenwände der Vertiefung zugleich die Möglichkeit auch die laterale Position des Permanentmagneten bezüglich des Sensorelements zu fixieren.

Weitere Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gegenstands sind in den Unteransprüchen angegeben und gehen auch aus der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels hervor.
Dabei zeigt die Zeichnung eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäß ausgeführten Drehzahlsensors auf Hall-Element Basis.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besteht der erfindungsgemäß ausgeführte Drehzahlsensor aus einem Gehäuse 1, in dem eine Ausnehmung 2 mit rechteckigem Querschnitt zur Aufnahme einer elektrischen Leiterplatte 3 vorhanden ist. Auf der Leiterplatte 3 befindet sich auf der einem als Taktgeber wirkenden ferromagnetischen Zahnrad 6 zugewandten Seite ein als SMD-Bauteil ausgeführtes Hall-Effekt Sensorelement 4. Diesem Sensorelement 4 zugeordnet ist auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 3 ein Permanentmagnet 5, der in einer Ausnehmung 3a in der Leiterplatte 3 positioniert ist. Das Magnetfeld des Permanentmagneten 5 durchdringt das Sensorelement 4, wobei die Feldstärke am Ort des Sensorelements 4 bei Drehung des Zahnrades 6 durch den Wechsel von Zähnen und Lücken moduliert wird, was durch das Sensorelement registriert und in einer Auswertschaltung, die ebenfalls in SMD-Technik auf der Leiterplatte 3 realisiert ist, weiterverarbeitet wird. Die verbleibende Materialstärke der Leiterplatte 3 im Bereich der Ausnehmung 3a wird dabei so gewählt, daß sich am Ort des Sensorelements 4 ein sowohl nach absoluter Stärke als auch nach der durch das Zahnrad 6 hervorgerufenen Modulationsamplitude optimal auf das Sensorelement abgestimmtes Magnetfeld ausbildet. Die verbleibende Materialstärke in der z.B. durch Bohren oder Fräsen realisierten Ausnehmung 3a kann dabei zwischen 10% und 90% der ursprünglichen Materialstärke der Leiterplatte 3 betragen. Zur Fixierung der Leiterplatte 3 im Gehäuse 1 des Drehzahlsensors sind auf der Innenseite 2b der Ausnehmung 2 des Gehäuses Klemmrippen 7 angebracht, die mit Anlaufschrägen zur Einführung der Leiterplatte 3 versehen sind. Auf diesen Klemmrippen 7 stützt sich der Permanentmagnet 5 ab und bringt damit das Sensorelement 4 an der gegenüberliegenden Innenseite 2a der Ausnehmung 2 zur Anlage, wodurch eine eindeutige Positionierung von Sensorelement 4 und Permanentmagnet 5 auch gegenüber dem Zahnrad 6 gegeben ist.

Claims

Elektronische Einrichtung, umfassend zumindest ein magnetfeldempfindliches Sensorelement und einen mit demselben kooperierenden Permanentmagneten sowie eine mit dem Sensorelement elektrisch verbundene Auswerteschaltung, die ein durch die durch Annäherung und Entfernung eines ferromagnetischen Gegenstandes hervorgerufenen, zumindest einen voreingestellten Schwellwert überschreitenden Magnetfeldänderungen sich änderndes Ausgangssignalerzeugt, wobei Sensorelement und Auswerteschaltung auf ein und demselben, elektrische Leiterbahnen aufweisenden, plattenförmigen Substrat angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (5) auf der dem Sensorelement (4) gegenüberliegenden Seite des plattenförmigen Substrats (3) hinter diesem in einer Vertiefung (3a) angeordnet ist, wobei im Bereich der Vertiefung (3a) des plattenförmigen Substrats (3) die Materialstärke reduziert ist auf ein Maß, das zwischen 10% und 90% der ursprünglichen Materialstärke beträgt und so gewählt ist, daß sich am Ort des Sensorelements (4) ein sowohl nach absoluter Feldstärke als auch nach der durch den ferromagnetischen Gegenstand (6) verursachten Änderung demselben optimal auf den zumindest einen voreingestellten Schwellwert abgestimmtes Magnetfeld einstellt, und daß das plattenförmige Substrat (3) in einem Gehäuse (1) derart arigeordnet ist, daß sich der Permanentmagnet (5) auf an einer Innenseite (2b) des Gehäuses (1) angebrachten Klemmrippen abstützt und damit das Sensorelement (4) an der gegenüberliegenden Innenseite (2a) zur Anlage bringt.
Elektronische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetfeldempfindliche Sensorelement (4) ein nach dem Hall-Prinzip arbeitendes ist.
Elektronische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetfeldempfindliche Sensorelement (4) ein einen magnetoresistiven Effekt aufweisendes ist.
Elektronische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetfeldempfindliche Sensorelement (4) als SMD-Bauteil ausgeführt ist.
Elektronische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetfeldempfindliche Sensorelement (4) in sogenannter „Chip-On-Board"-Technik ausgeführt ist.
Elektronische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenförmige Substrat (3) als metallkaschierte Leiterplatte ausgeführt ist.
Elektronische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich des plattenförmigen Substrats (3), dessen Materialstärke reduziert ist, in Form einer der Kontur des Permanentmagneten (5) folgenden Vertiefung (3a) ausgebildet ist.
Elektronische Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (5) in der Vertiefung (3a) des plattenförmigen Substrats (3) form- und/oder kraftschlüssig gehalten ist.