DE202017106413U1 - Sensormodul, insbesondere zur Messung der Umgebungstemperatur, der relativen Luftfeuchtigkeit und einer Gaskonzentration in der Umgebung des Sensormoduls - Google Patents
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Abstract
Sensormodul (1), mit: – einer Leiterplatte (2), – zumindest einem auf der Leiterplatte (2) angeordneten Temperatursensor (3) zur Messung einer Umgebungstemperatur, – zumindest einem weiteren auf der Leiterplatte (2) angeordneten Sensor (4), der bei einem Betrieb des weiteren Sensors (4) Abwärme generiert, dadurch gekennzeichnet dass das Sensormodul (1) zur thermischen Entkopplung des Temperatursensors (3) von dem weiteren Sensor (4) und/oder zum Abführen der Abwärme des weiteren Sensors (4) ausgebildet ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensormodul zur Messung einer Umgebungstemperatur und/oder einer relativen Luftfeuchtigkeit sowie insbesondere zur Messung einer Konzentration eines Gases, z.B. CO2 und/oder flüchtige organische Verbindungen, und/oder von Feinstaub.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sensormodul der vorgenannten Art zu schaffen, das eine möglichst genaue Messung der Umgebungstemperatur ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird durch ein Sensormodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 32 gelöst.
- Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindungsaspekte sind in den entsprechenden Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend beschrieben.
- Gemäß Anspruch 1 wird ein Sensormodul offenbart, mit:
- – einer Leiterplatte,
- – zumindest einem auf der Leiterplatte angeordneten Temperatursensor zur Messung einer Umgebungstemperatur, d.h. einer Temperatur in einer Umgebung des Sensormoduls, und
- – zumindest einem weiteren auf der Leiterplatte angeordneten Sensor, der bei einem Betrieb des weiteren Sensors Abwärme generiert.
- Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Sensormodul zur thermischen Entkopplung des Temperatursensors von dem weiteren Sensor und/oder zum Abführen der Abwärme des weiteren Sensors ausgebildet ist.
- Eine thermische Entkopplung liegt im Sinne der vorliegenden Erfindung vor, wenn eine entsprechende Maßnahme bzw. ein entsprechendes Mittel des Sensormoduls eine Wärmeeinwirkung der betreffenden Komponente (z.B. weiterer Sensor und/oder Spannungswandler, siehe unten) auf den Temperatursensor verringert oder im Idealfall vollständig unterdrückt.
- Hierdurch wird mit Vorteil einer Verfälschung der gemessenen Umgebungstemperatur durch die vom Sensormodul erzeugte Abwärme entgegengewirkt, was die Genauigkeit des Sensormoduls hinsichtlich der Temperaturmessung erhöht.
- Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensormoduls ist zur thermischen Entkopplung des Temperatursensors vom weiteren Sensor vorgesehen, dass der Temperatursensor einen Mindestabstand zum weiteren Sensor aufweist, wobei insbesondere der Mindestabstand größer als 1,5 cm ist, insbesondere größer als 2 cm.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der besagte Mindestabstand zumindest 60% einer größten Breite der Leiterplatte beträgt.
- Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Temperatursensor auf der Leiterplatte diagonal und/oder versetzt zum weiteren Sensor angeordnet ist, um insbesondere eine Distanz zwischen den beiden Sensoren weiter zu maximieren.
- Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensormoduls zur thermischen Entkopplung des Temperatursensors vom weiteren Sensor vorgesehen, dass die Leiterplatte zumindest einen Schlitz aufweist, der zwischen dem Temperatursensor und dem weiteren Sensor angeordnet ist. Vorzugsweise weist die Leiterplatte gemäß einer Ausführungsform zumindest zwei Schlitze, vorzugsweise zumindest drei Schlitze, bevorzugt vier Schlitze auf.
- Insbesondere kann die Leiterplatte einen oder mehrere bzw. eine beliebige Kombination der folgenden Schlitze aufweisen:
- – einen (insbesondere ersten) Schlitz, der insbesondere zwischen dem Temperatursensor und dem weiteren Sensor angeordnet ist (z.B. im zweiten Abschnitt, insbesondere am Übergang zwischen dem zweiten und dem dritten Abschnitt der Leiterplatte, siehe unten);
- – einen weiteren (insbesondere zweiten) Schlitz, der insbesondere zwischen dem Temperatursensor und dem weiteren Sensor angeordnet ist (z.B. im zweiten Abschnitt, insbesondere am Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Leiterplatte, siehe unten); dieser Schlitz dient insbesondere als Blockade um Wärme am Ort des ersten Abschnitts der Leiterplatte zu konzentrieren,
- – einen weiteren (insbesondere dritten) Schlitz, der insbesondere im dritten Abschnitt der Leiterplatte ausgebildet ist, wobei dieser Schlitz insbesondere zwischen dem Temperatursensor und dem weiteren Sensor angeordnet ist, und wobei z.B. dieser Schlitz (insbesondere offen ringförmig) um einen Leiterplattenbereich des dritten Abschnitts der Leiterplatte herum verläuft bzw. diesen umgreift, wobei auf diesem Leiterplattenbereich der Temperatursensor angeordnet ist; dieser Schlitz bedingt insbesondere eine geringe thermische Masse des besagten (halbinselförmigen) Leiterplattenbereichs, so dass schnelle Antwortzeiten bei Temperaturänderungen vorliegen, d.h., je kleiner die thermische Masse dieses Leiterplattenbereichs, desto schneller nimmt dieser die Umgebungstemperatur an, wenn diese sich schnell ändert. Da der Temperatursensor auch die Temperatur dieses Leiterplattenbereichs annimmt, kann der Temperatursensor möglichst schnell Änderungen der Umgebungstemperatur mitmachen;
- – einen weiteren (insbesondere vierten) Schlitz, der insbesondere im zweiten Abschnitt der Leiterplatte ausgebildet ist, wobei dieser Schlitz z.B. unterhalb des Steckverbinderteils in der Leiterplatte ausgebildet ist; dieser Schlitz dient ebenfalls als Blockade, die eine Wärmableitung über das Steckverbinderteil begünstigt.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensormoduls ist vorgesehen, dass die Leiterplatte einen ersten Abschnitt (insbesondere in Form eines ersten Endabschnitts der Leiterplatte), einen zweiten Abschnitt (insbesondere in Form eines mittleren Abschnitts der Leiterplatte) sowie einen dritten Abschnitt (insbesondere in Form eines zweiten Endabschnitts der Leiterplatte) aufweist, wobei der erste und der dritte Abschnitt über den zweiten Abschnitt der Leiterplatte miteinander verbunden sind.
- Hierbei ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weiterhin vorgesehen, dass der weitere Sensor auf dem ersten Abschnitt der Leiterplatte angeordnet ist und/oder dass der Temperatursensor auf dem dritten Abschnitt der Leiterplatte angeordnet ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensormoduls ist vorgesehen, dass der erste Schlitz in dem zweiten Abschnitt der Leiterplatte ausgebildet ist. Der zweite bzw. mittlere Abschnitt trennt also die Abschnitte der Leiterplatte, die den Temperatursensor und den weiteren Sensor aufweisen, voneinander, so dass Abwärme des weiteren Sensors möglichst weit entfernt vom Temperatursensor erzeugt wird, wobei weiterhin der erste Schlitz der Leiterplatte eine Wärmeübertragung bzw. Wärmeleitung vom ersten Abschnitt zum dritten Abschnitt vermindert.
- Insbesondere ist vorgesehen, dass der erste Schlitz an einem Übergang vom zweiten zum dritten Abschnitt der Leiterplatte angeordnet ist.
- Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass der zweite Schlitz in dem zweiten Abschnitt der Leiterplatte ausgebildet ist, wobei der zweite Schlitz insbesondere an einem Übergang vom zweiten zum ersten Abschnitt angeordnet ist.
- Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensormoduls vorgesehen, dass der Temperatursensor elektrisch leitend mit zumindest einer entlang der Leiterplatte erstreckten Leiterbahn der Leiterplatte verbunden ist, wobei insbesondere die mindestens eine Leiterbahn so konfiguriert ist, dass ein Wärmeübertrag auf den Temperatursensor möglichst gering ist.
- Insbesondere ist weiterhin gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass sich die mindestens eine Leiterbahn vom ersten Abschnitt der Leiterplatte zum dritten Abschnitt der Leiterplatte erstreckt.
- Weiterhin ist bevorzugt gemäß einer Ausführungsform die mindestens eine Leiterbahn um den ersten Schlitz herumgeführt, so dass der erste Schlitz zwischen zwei einander gegenüberliegenden Abschnitten der mindestens einen Leiterbahn angeordnet ist.
- Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die mindestens eine Leiterbahn an dem zweiten Schlitz vorbeigeführt ist.
- Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der dritte Schlitz um einen Leiterplattenbereich des dritten Abschnitts der Leiterplatte herum verläuft, wobei auf diesem Leiterplattenbereich der Temperatursensor angeordnet ist. Der besagte Leiterplattenbereich ist daher lediglich über einen Steg mit der restlichen Leiterplatte verbunden, der sich zwischen zwei Enden des dritten Schlitzes erstreckt. Die mindestens eine Leiterbahn ist über diesen Steg zum Temperatursensor geführt, wobei der Steg auf einer Seite des Temperatursensors angeordnet ist, die dem ersten Abschnitt der Leiterplatte abgewandt ist.
- Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensormoduls vorgesehen, dass das Sensormodul weiterhin einen Spannungswandler zum Versorgen des Temperatursensors und des weiteren Sensors mit einer Betriebsspannung aufweist, wobei das Sensormodul zur thermischen Entkopplung des Temperatursensors von dem Spannungswandler ausgebildet ist.
- Auch hier ist bevorzugt gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Spannungswandler benachbart zum weiteren Sensor auf dem ersten Abschnitt der Leiterplatte angeordnet ist.
- Hierbei ist ebenfalls gemäß einer Ausführungsform zur thermischen Entkopplung des Temperatursensors vom Spannungswandler vorgesehen, dass der Temperatursensor einen Mindestabstand zum Spannungswandler aufweist, wobei insbesondere der Mindestabstand größer als 1,5 cm ist, insbesondere größer als 2 cm.
- Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass der erste und/oder der zweite und/oder der dritte Schlitz (siehe oben) auch zwischen dem Temperatursensor und dem Spannungswandler angeordnet ist bzw. sind, um insbesondere eine Wärmeübertragung vom Spannungswandler auf den Temperatursensor zu vermindern.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Sensormodul zum elektrischen Kontaktieren des Sensormoduls ein Steckverbinderteil aufweist, das auf der Leiterplatte angeordnet ist. Das Steckverbinderteil ist dabei bevorzugt dazu ausgebildet, eine Steckverbindung mit einem weiteren Steckverbinderteil einzugehen. Das Steckverbinderteil kann z.B. als Steckdose ausgebildet sein und das weitere Steckverbinderteil als Stecker, der form- und/oder kraftschlüssig mit dem Steckverbinderteil verbindbar ist, z.B. durch Einstecken in das Steckverbinderteil.
- Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Steckverbinderteil zur thermischen Entkopplung des Temperatursensors vom weiteren Sensor zwischen dem Temperatursensor und dem weiteren Sensor und/oder dem Spannungswandler auf der Leiterplatte angeordnet ist. Das Steckverbinderteil bildet dabei insbesondere eine Abschirmung, die Abwärme (insbesondere Wärmestrahlung) des weiteren Sensors oder des Spannungswandlers vom Temperatursensor fernhält.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steckverbinderteil auf dem zweiten Abschnitt der Leiterplatte angeordnet ist.
- Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der vierte Schlitz unter dem Steckverbinderteil angeordnet ist, d.h., das Steckverbinderteil verdeckt den vierten Schlitz.
- Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensormoduls vorgesehen, dass die Leiterplatte des Sensormoduls zum Verschalten bzw. Verbinden der elektrischen Komponenten des Sensormoduls (insbesondere Temperatursensor, weiterer Sensor, Spannungswandler und/oder Steckverbinderteil) eine Mehrzahl an metallischen Leiterbahnen aufweist, wobei eine Dichte der Leiterbahnen im ersten Abschnitt größer ist als im zweiten und im dritten Abschnitt der Leiterplatte, so dass insbesondere die durch den weiteren Sensor und/oder den Spannungswandler erzeugte Abwärme auf den ersten Abschnitt der Leiterplatte konzentrierbar ist.
- Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform zum Abführen der Abwärme des ersten Abschnitts der Leiterplatte vorgesehen, dass der erste Abschnitt der Leiterplatte zumindest ein metallisches Kühlelement aufweist, das zwischen benachbarten Leiterbahnen des ersten Abschnitts der Leiterplatte vorgesehen ist. Diese mindestens eine metallische Kühlelement, das als flächige Metallisierung der Leiterplatte ausgebildet sein kann, weist insbesondere einen hinreichenden Abstand zu benachbarten Leiterbahnen auf, so dass kein Kurzschluss entstehen kann. Das mindestens eine Kühlelement kann sich in der Ebene der Leiterbahnen erstrecken.
- Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass dieses mindestens eine metallische Kühlelement einen Bereich aufweist, der sich entlang eines Randes des ersten Abschnitts der Leiterplatte erstreckt, wobei dieser Bereich gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensormoduls zur Erhöhung der Abstrahlung oder Abgabe der Abwärme zumindest abschnittsweise freiliegt, also die Umgebungsatmosphäre kontaktiert. Das mindestens eine Kühlelement kann hingegen, wie die Leiterbahnen, zur Umgebung hin isoliert sein.
- Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Sensormoduls vorgesehen, dass im ersten Abschnitt der Leiterplatte durch den weiteren Sensor und/oder den Spannungswandler erzeugte Abwärme über das Steckverbinderteil (das insbesondere im benachbarten zweiten Abschnitt der Leiterplatte angeordnet ist) abführbar ist, und zwar insbesondere über das weitere Steckverbinderteil und ein damit verbundenes Kabel, wenn das weitere Steckverbinderteil mit dem Steckverbinderteil verbunden ist.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensormoduls ist vorgesehen, dass der Temperatursensor mit einem flächigen Metallelement, insbesondere einer flächigen Metallisierung, zur guten thermischen Ankopplung, verbunden ist, die auf einer Unterseite der Leiterplatte angeordnet ist.
- Die Unterseite (oder nicht bestückte Seite) der Leiterplatte ist dabei einer Oberseite (oder einer bestückten Seite) der Leiterplatte abgewandt, wobei auf der Oberseite der Temperatursensor und/oder der weitere Sensor und/oder der Spannungswandler und/oder das Steckverbinderteil angeordnet sind.
- Weiterhin kann der Temperatursensor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auch zur Messung der relativen Luftfeuchtigkeit (RH) ausgebildet sein, z.B. gemäß
DE_20201105119 . - Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann es sich bei dem weiteren Sensor um einen Gassensor und/oder Feinstaubsensor handeln.
- Insbesondere kann der weitere Sensor als Feinstaubsensor ausgebildet sein, der zum Messen einer Feinstaubkonzentration in einer Umgebung des Sensormoduls ausgebildet ist, z.B. gemäß
WO 2017054098 . - Alternativ hierzu kann es sich bei dem weiteren Sensor um einen Gassensor zum Messen einer Gaskonzentration in einer Umgebung des Sensormoduls handeln.
- Insbesondere kann dieser Gassensor ein MOX-Gassensor sein, z.B. gemäß
EP 2765410 , oder ein optischer Gassensor, z.B. gemäßEP 3144663 oder ein elektrochemischer Gassensor, z.B. gemäßEP 2896962 . - Der Gassensor ist insbesondere dazu ausgebildet, eine CO2-Konzentration und/oder eine Konzentration zumindest einer flüchtigen organischen Verbindungen zu messen.
- Der Gassensor kann einen Gassensorchip aufweisen oder kann als Gassensorchip ausgebildet sein. Der Gassensorchip kann ein Halbleitersubstrat enthalten, zum Beispiel aus Silizium, in welchem Halbleitersubstrat ein Schaltkreis integriert sein kann. Zum Erstellen des Schaltkreises können verschiedene Schichten, zum Beispiel CMOS-Schichten vorgesehen sein.
- Der Gassensorchip hat vorzugsweise eine Vorder- und eine Rückseite, wobei die sensitive Schicht vorzugsweise an der Vorderseite angeordnet ist. Die sensitive Schicht kann auf dem Halbleitersubstrat oder auf einer Schicht, zum Beispiel auf einer der CMOS-Schichten, welche zu dem Halbleitersubstrat gehören, angeordnet sein. Falls im selben Gassensorchip ein Schaltkreis enthalten ist, kann die sensitive Schicht damit verbunden sein, so dass Signale der sensitiven Schicht im Schaltkreis vorverarbeitet werden können. Der integrierte Schaltkreis kann zum Beispiel auch dazu verwendet werden, einen Heizer zu steuern (siehe unten).
- Die sensitive Schicht kann aus einem Material sein, welches auf einen oder auf mehrere Analyten sensitiv ist. Die sensitive Schicht kann mehrere individuelle Schichtenbereiche enthalten, welche zur Bildung einer Sensoranordnung nebeneinander und separiert voneinander angeordnet sind, eine Gruppe von Sensorzellen enthaltend, wobei eine Sensorzelle als Funktionseinheit des Gassensors verstanden wird, welche individuell ausgelesen werden kann. Vorzugsweise, in der Ausführungsform der Sensoranordnung, ist jeder oder wenigstens einige der Schichtenbereiche dafür geeignet, Analyten zu erkennen und insbesondere dafür, verschiedene Analyten zu erkennen. Die Analyten können eines oder mehrere der folgenden umfassen, zum Beispiel CO2, NOX, Ethanol, CO, Ozon, Ammoniak, Formaldehyd, H2O oder Xylen, ohne Beschränkung hierauf.
- Insbesondere kann die sensitive Schicht ein Metall-Oxid-Material enthalten, besonders ein Halbleiter-Metall-Oxid-Material, und im Speziellen Metall-Oxid-Materialen mit einer unterschiedlichen Beschaffenheit je Schichtbereich. Ein Metall-Oxid-Material kann generell eines oder mehrere von Zinnoxid, Zinkoxid, Titanoxid, Wolframoxid, Indiumoxid oder Galliumoxid enthalten. Solche Metall-Oxide können zur Detektion von Analyten benutzt werden, so zum Beispiel von flüchtigen Kohlenwasserstoffen (VOCs), Kohlenmonoxid, Stickstoffdioxid, Methan, Ammoniak, oder Hydrogensulfid.
- Metall-Oxid-Sensoren basieren auf dem Konzept, dass bei erhöhten Temperaturen der sensitiven Metall-Oxid-Schicht im Bereich von mehr als 100° Celsius, speziell zwischen 250°C und 350°C, gasförmige Analyten mit der Metall-Oxid-Schicht interagieren. Als Resultat dieser katalytischen Reaktion kann sich die Leitfähigkeit der sensitiven Schicht ändern, wobei diese Änderung gemessen werden kann. Folglich werden solche chemischen Sensoren auch als Hochtemperatur-Chemoresistoren bezeichnet, da bei hohen Temperaturen der sensitiven Schicht eine chemische Eigenschaft des Analyten in einen elektrischen Widerstand konvertiert wird. Vorzugsweise kann ein Gas mittels solch einem Gassensor untersucht werden, mindestens darauf ob der Analyt oder die Analyten, auf welche der Sensor sensitiv ist, vorhanden sind oder nicht.
- In einer anderen Ausführungsform kann die sensitive Schicht ein Polymer enthalten, welches in einer Ausführungsform sensitiv auf H2O sein kann, so dass der Sensor ein Feuchtigkeitssensor sein kann. Mit einer Messung einer Kapazität oder eines Widerstands von solch einer Polymerschicht können Informationen über das mit der sensitiven Schicht interagierende Gas gewonnen werden.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung enthält der Gassensor einen Gassensorchip mit einer sensitiven Schicht, welche auf ein Gas oder auf Bestandteile desselben sensitiv ist, und einen Heizer.
- Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Einrichtung mit einem erfindungsgemäßen Sensormodul, wobei das Sensormodul so angeordnet ist, dass bezüglich eines in der Einrichtung strömenden Luftstroms der Temperatursensor stromauf des weiteren Sensors und/oder des Spannungswandlers angeordnet ist, oder dass der Luftstrom quer zu einer Leiterplattenachse die Leiterplatte überströmt, wobei der erste und der dritte Abschnitt in Richtung der Leiterplattenachse einander gegenüberliegen.
- Weitere Merkmale, Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollen nachfolgend anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigen:
-
1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Sensormoduls; -
2 eine Draufsicht auf eine Oberseite des in der1 gezeigten Sensormoduls; -
3 eine weitere Seitenansicht des in den1 und2 gezeigten Sensormoduls; und -
4 eine Draufsicht auf eine Unterseite des in den1 bis3 gezeigten Sensormoduls. - Die
1 bis4 zeigen ein erfindungsgemäßes Sensormodul1 . Das Sensormodul1 weist eine Leiterplatte2 auf, zumindest einen auf der Leiterplatte2 angeordneten Temperatursensor3 zur Messung einer Umgebungstemperatur sowie zumindest einen weiteren auf der Leiterplatte2 angeordneten Sensor4 , der bei einem Betrieb des weiteren Sensors4 Abwärme generiert. Bei dem weiteren Sensor4 handelt es sich z.B. um einen Gassensor, der insbesondere dazu ausgebildet ist, die Konzentration zumindest eines Gases in der das Sensormodul umgebenden Atmosphäre zu messen. Die beiden Sensoren3 ,4 (sowie insbesondere der Spannungswandler8 und das Steckverbinderteil9 , siehe unten) sind vorzugsweise auf einer Oberseite2a der Leiterplatte2 angeordnet, die einer Unterseite2b der Leiterplatte2 abgewandt ist. Die Oberseite2a wird auch als bestückte Seite bezeichnet, die Unterseite2b kann eine nicht-bestückte Seite der Leiterplatte2 darstellen. - Da weitere Sensoren
4 , wie z.B. ein Gassensor, in der Regel verhältnismäßig viel Abwärme generieren, die das Messergebnis des Temperatursensors3 verfälschen könnte, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Sensormodul1 zur thermischen Entkopplung des Temperatursensors3 von dem weiteren Sensor bzw. Gassensor4 und/oder zum Abführen der Abwärme des weiteren Sensors4 ausgebildet ist. - Weiterhin kann das Sensormodul
1 einen ebenfalls Abwärme produzierenden Spannungswandler8 aufweisen, der z.B. zum Bereitstellen einer Betriebsspannung für den Temperatursensor3 und/oder für den weiteren Sensor4 dient. Das Sensormodul1 ist dann bevorzugt auch zur thermischen Entkopplung des Temperatursensors3 von dem Spannungswandler8 bzw. zur Abführung der Abwärme des Spannungswandlers8 ausgebildet. - Zur Erreichung bzw. Verbesserung der besagten thermischen Entkopplung kann vorgesehen sein, dass der Temperatursensor
3 einen Mindestabstand M zum weiteren Sensor4 bzw. einen Mindestabstand M‘ zum Spannungswandler8 aufweist. - Wie den
1 bis4 zu entnehmen ist, kann die Leiterplatte2 weiterhin einen ersten, einen zweiten sowie einen dritten Abschnitt20 ,21 ,22 aufweisen, wobei der erste Abschnitt20 bzw. Endabschnitt20 über den zweiten Abschnitt21 mit dem dritten Abschnitt22 bzw. Endabschnitt22 verbunden ist. - Hierbei kann weiterhin zur thermischen Entkopplung des Temperatursensors
3 vom weiteren Sensor4 bzw. ggf. vom Spannungswandler8 vorgesehen sein, dass die Leiterplatte2 z.B. einen ersten Schlitz5 aufweist, der zwischen dem Temperatursensor3 und dem weiteren Sensor4 angeordnet ist, insbesondere im zweiten Abschnitt21 der Leiterplatte, vorzugsweise am Übergang vom zweiten Abschnitt21 zum dritten Abschnitt22 der Leiterplatte2 . Die Leiterplatte2 kann weiterhin einen zweiten Schlitz6 aufweisen. Wobei die beiden Schlitze5 ,6 z.B. parallel zueinander angeordnet sein können. Durch derartige Schlitze5 ,6 wird eine Wärmeleitung vom ersten Abschnitt20 der Leiterplatte2 , auf dem der weitere Sensor4 und der Spannungswandler8 angeordnet sind, hin zum dritten Abschnitt22 der Leiterplatte2 verringert, auf dem sich der vor Abwärme zu schützende Temperatursensor3 befindet. - Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Temperatursensor
3 elektrisch leitend mit zumindest einer Leiterbahn7 der Leiterplatte2 verbunden ist, wobei die mindestens eine Leiterbahn7 so konfiguriert ist, dass sie möglichst wenig Abwärme des weiteren Sensors4 bzw. des Spannungswandlers8 zum Temperatursensor3 transportiert. Die mindestens eine Leiterbahn7 kann sich hierbei vom ersten Abschnitt20 der Leiterplatte2 zum dritten Abschnitt22 der Leiterplatte2 erstrecken. Weiterhin kann die mindestens eine Leiterbahn7 am zweiten Schlitz6 vorbei und um den ersten Schlitz5 herumgeführt sein, so dass der erste Schlitz5 zwischen zwei einander gegenüberliegenden Abschnitten7a ,7b der mindestens einen Leiterbahn7 angeordnet ist (siehe2 und4 ). Durch die verhältnismäßig lange mindestens eine Leiterbahn7 kann im ersten Abschnitt20 der Leiterplatte2 erzeugte Abwärme beim Transport über die besagte Leiterbahn7 auf dem Weg zum Temperatursensor3 gut abgegeben werden. Insbesondere gibt hinsichtlich des ersten Schlitzes5 zwei mögliche Wege für den Wärmefluss. Dieser kann nämlich z.B. um den ersten Schlitz5 herum über die Leiterbahn7 erfolgen oder über die Leiterplatte2 entlang eines Randes der Leiterplatte2 (gestrichelter Pfeil in der2 ). Das Metall der Leiterbahn7 leitet die Wärme grundsätzlich besser als die Leiterplatte2 selbst, wobei jedoch Länge und Querschnitt der Leiterbahn7 sowie die Dimensionierung des ersten Schlitzes5 so gewählt sind, dass keiner der zwei möglichen Wege des Wärmeflusses stark dominiert. - Weiterhin kann die Leiterplatte
2 im dritten Abschnitt22 einen dritten Schlitz50 aufweisen, der sich um einen Leiterplattenbereich51 des dritten Abschnitts22 der Leiterplatte2 herum erstreckt (z.B. offen ringförmig), wobei auf diesem Leiterplattenbereich51 (auf der Oberseite2a der Leiterplatte2 ) der Temperatursensor3 angeordnet ist, wohingegen ein flächiges Metallelement3a des Temperatursensors3 zur schnellen thermischen Ankopplung auf der Unterseite2b der Leiterplatte2 auf diesem Leiterplattenbereich51 angeordnet ist. Aufgrund des dritten Schlitzes50 ist der besagte Leiterplattenbereich51 lediglich über einen Steg52 mit der restlichen Leiterplatte2 verbunden, wobei dieser Steg52 sich zwischen zwei Enden des dritten Schlitzes50 erstreckt. Die mindestens eine Leiterbahn7 ist über diesen Steg52 zum Temperatursensor3 geführt, wobei der Steg52 auf einer Seite des Temperatursensors3 angeordnet ist, die dem ersten Abschnitt20 der Leiterplatte2 abgewandt ist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Sensormodul1 zum elektrischen Kontaktieren des Sensormoduls1 ein Steckverbinderteil9 aufweist, dass auf der Leiterplatte2 bevorzugt im zweiten bzw. mittleren Abschnitt21 der Leiterplatte angeordnet ist, z.B. zwischen den beiden Schlitzen5 ,6 . Das Steckverbinderteil9 kann dazu ausgebildet sein eine Steckverbindung mit einem weiteren Steckverbinderteil einzugehen (nicht gezeigt) das z.B. an einem Ende eines Kabels vorgesehen sein kann, so dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Kabel und dem Sensormodul1 herstellbar ist. Unterhalb des Steckverbinderteils9 kann die Leiterpatte2 im zweiten Abschnitt21 der Leiterplatte2 einen vierten Schlitz60 aufweisen, der bedingt, das Abwärme über das Steckverbinderteil9 abgegeben wird. - Durch die Anordnung des Steckverbinderteils
9 im zweiten Abschnitt21 der Leiterplatte2 zwischen dem weiteren Sensor4 und dem Spannungswandler8 einerseits und dem Temperatursensor3 andererseits, bildet das Steckverbinderteil9 eine Abschirmung, die den Temperatursensor3 gegenüber der Abwärme (insbesondere Wärmestrahlung) des weiteren Sensors4 und des Spannungswandlers8 , die auf dem ersten Abschnitt20 der Leiterplatte2 angeordnet sind, abschirmt. Weiterhin kann Abwärme aus dem ersten Abschnitt20 der Leiterplatte2 über das Steckverbinderteil9 abgegeben werden (z.B. in ein mit dem Steckverbinderteil9 verbundenes Kabel). - Weiterhin können die Leiterbahnen
7 ,70 des Sensormoduls1 eine größte Dichte im ersten Abschnitt20 der Leiterplatte2 aufweisen (vgl. insbesondere4 ), so dass im ersten Abschnitt20 der Leiterplatte2 durch den weiteren Sensor4 und/oder den Spannungswandler8 erzeugte Abwärme zunächst dort konzentrierbar ist. - Zum Abführen von Abwärme des ersten Abschnitts
20 der Leiterplatte2 kann der erste Abschnitt20 zumindest ein metallisches Kühlelement71 aufweisen, das zwischen benachbarten Leiterbahnen70 bzw. neben einer Leiterbahn70 des ersten Abschnitts21 der Leiterplatte2 angeordnet ist. Dabei kann das mindestens eine metallische Kühlelement71 einen Bereich72 aufweisen, der sich entlang eines Randes20a des ersten Abschnitts21 der Leiterplatte2 erstreckt, wobei dieser Bereich72 zur Erhöhung der Abgabe von Abwärme zumindest abschnittsweise freiliegt. - Gemäß einem weiteren Erfindungsaspekt wird eine Einrichtung offenbart, die ein erfindungsgemäßes Sensormodul
1 aufweist, wobei dieses (vgl.2 ) so angeordnet ist, dass bezüglich eines in der Einrichtung strömenden Luftstroms S der Temperatursensor3 stromauf des weiteren Sensors4 und/oder des Spannungswandlers8 angeordnet ist. Alternativ hierzu kann der Luftstrom S quer zu einer Leiterplattenachse x die Leiterplatte2 überströmen, wobei der erste und der dritte Abschnitt20 ,22 der Leiterplatte2 in Richtung der Leiterplattenachse x einander gegenüberliegen. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 20201105119 [0037]
- WO 2017054098 [0039]
- EP 2765410 [0041]
- EP 3144663 [0041]
- EP 2896962 [0041]
Claims (32)
- Sensormodul (
1 ), mit: – einer Leiterplatte (2 ), – zumindest einem auf der Leiterplatte (2 ) angeordneten Temperatursensor (3 ) zur Messung einer Umgebungstemperatur, – zumindest einem weiteren auf der Leiterplatte (2 ) angeordneten Sensor (4 ), der bei einem Betrieb des weiteren Sensors (4 ) Abwärme generiert, dadurch gekennzeichnet dass das Sensormodul (1 ) zur thermischen Entkopplung des Temperatursensors (3 ) von dem weiteren Sensor (4 ) und/oder zum Abführen der Abwärme des weiteren Sensors (4 ) ausgebildet ist. - Sensormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur thermischen Entkopplung des Temperatursensors (
3 ) vom weiteren Sensor (4 ) vorgesehen ist, dass der Temperatursensor (3 ) einen Mindestabstand (M) zum weiteren Sensor (4 ) aufweist, wobei insbesondere der Mindestabstand größer als 1,5 cm ist, insbesondere größer als 2 cm, und/oder dass der besagte Mindestabstand (M) zumindest 60% einer größten Breite der Leiterplatte (2 ) beträgt. - Sensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (
3 ) auf der Leiterplatte (2 ) diagonal und/oder versetzt zum weiteren Sensor (4 ) angeordnet ist, um insbesondere eine Distanz zwischen den beiden Sensoren (3 ,4 ) weiter zu maximieren. - Sensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur thermischen Entkopplung des Temperatursensors (
3 ) vom weiteren Sensor (4 ) vorgesehen ist, dass die Leiterplatte (2 ) einen oder mehrere der folgenden Schlitze aufweist: – einen ersten Schlitz (5 ), der insbesondere zwischen dem Temperatursensor (3 ) und dem weiteren Sensor (4 ) angeordnet ist, einen zweiten Schlitz (6 ), der insbesondere zwischen dem Temperatursensor (3 ) und dem weiteren Sensor (4 ) angeordnet ist, – einen dritten Schlitz (50 ), der insbesondere zwischen dem Temperatursensor (3 ) und dem weiteren Sensor (4 ) angeordnet ist, – einen vierten Schlitz (60 ). - Sensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (
2 ) einen ersten Abschnitt (20 ), einen zweiten Abschnitt (21 ) sowie einen dritten Abschnitt (22 ) aufweist, wobei der erste und der dritte Abschnitt (20 ,22 ) über den zweiten Abschnitt (21 ) miteinander verbunden sind. - Sensormodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Sensor (
4 ) auf dem ersten Abschnitt (20 ) der Leiterplatte (2 ) angeordnet ist und/oder dass der Temperatursensor (3 ) auf dem dritten Abschnitt (22 ) der Leiterplatte (2 ) angeordnet ist. - Sensormodul nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schlitz (
5 ) in dem zweiten Abschnitt (21 ) der Leiterplatte (2 ) ausgebildet ist, wobei der erste Schlitz (5 ) insbesondere an einem Übergang zum dritten Abschnitt (22 ) angeordnet ist. - Sensormodul nach Anspruch 4 und nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schlitz (
6 ) in dem zweiten Abschnitt (21 ) der Leiterplatte (2 ) ausgebildet ist, wobei der zweite Schlitz (6 ) insbesondere an einem Übergang zum ersten Abschnitt (20 ) angeordnet ist. - Sensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (
3 ) elektrisch leitend mit zumindest einer Leiterbahn (7 ) der Leiterplatte (2 ) verbunden ist. - Sensormodul nach den Ansprüchen 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die mindestens eine Leiterbahn (
7 ) vom ersten Abschnitt (20 ) der Leiterplatte (2 ) zum dritten Abschnitt (22 ) der Leiterplatte (2 ) erstreckt. - Sensormodul nach Anspruch 4 und nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leiterbahn (
7 ) um den ersten Schlitz (5 ) herumgeführt ist, so dass der erste Schlitz (5 ) zwischen zwei einander gegenüberliegenden Abschnitten (7a ,7b ) der mindestens einen Leiterbahn (7 ) angeordnet ist. - Sensormodul nach Anspruch 4 und nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leiterbahn (
7 ) an dem zweiten Schlitz (6 ) vorbeigeführt ist. - Sensormodul nach Anspruch 4 oder einem der Ansprüche 5 bis 12 soweit rückbezogen auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Schlitz (
50 ) um einen Leiterplattenbereich (51 ) des dritten Abschnitts (22 ) der Leiterplatte (2 ) herum verläuft, wobei auf diesem Leiterplattenbereich (51 ) der Temperatursensor (3 ) angeordnet ist. - Sensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul (
1 ) weiterhin einen Spannungswandler (8 ) zum Versorgen des Temperatursensors (3 ) und/oder des weiteren Sensors (4 ) mit einer Betriebsspannung aufweist, wobei das Sensormodul (1 ) zur thermischen Entkopplung des Temperatursensors (3 ) von dem Spannungswandler (8 ) ausgebildet ist. - Sensormodul nach den Ansprüchen 5 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (
8 ) benachbart zum weiteren Sensor (4 ) auf dem ersten Abschnitt (20 ) der Leiterplatte (2 ) angeordnet ist. - Sensormodul nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur thermischen Entkopplung des Temperatursensors (
3 ) vom Spannungswandler (8 ) vorgesehen ist, dass der Temperatursensor (3 ) einen Mindestabstand (M‘) zum Spannungswandler (8 ) aufweist, wobei insbesondere der Mindestabstand (M‘) größer als 1,5 cm ist, insbesondere größer als 2 cm. - Sensormodul nach Anspruch 4 oder 7 und nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schlitz (
5 ) auch zwischen dem Temperatursensor (3 ) und dem Spannungswandler (8 ) angeordnet ist. - Sensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul (
1 ) zum elektrischen Kontaktieren des Sensormoduls (1 ) ein Steckverbinderteil (9 ) aufweist, dass auf der Leiterplatte (2 ) angeordnet ist. - Sensormodul nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckverbinderteil (
9 ) zur thermischen Entkopplung des Temperatursensors (3 ) vom weiteren Sensor (4 ) zwischen dem Temperatursensor (3 ) und dem weiteren Sensor (4 ) auf der Leiterplatte (2 ) angeordnet ist. - Sensormodul nach Anspruch 14 und nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckverbinderteil (
9 ) zur thermischen Entkopplung des Temperatursensors (3 ) vom Spannungswandler (8 ) zwischen dem Temperatursensor (3 ) und dem Spannungswandler (8 ) angeordnet ist. - Sensormodul nach Anspruch 5 und nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckverbinderteil (
9 ) auf dem zweiten Abschnitt (21 ) der Leiterplatte (2 ) angeordnet ist. - Sensormodul nach Anspruch 4 und nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Schlitz (
60 ) unter dem Steckverbinderteil (9 ) angeordnet ist. - Sensormodul nach Anspruch 5 oder nach einem der Ansprüche 6 bis 22 soweit rückbezogen auf Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (
2 ) des Sensormoduls (1 ) eine Mehrzahl an Leiterbahnen (7 ,70 ) aufweist, wobei eine Dichte der Leiterbahnen im ersten Abschnitt (20 ) der Leiterplatte (2 ) größer ist als im zweiten und im dritten Abschnitt (21 ,22 ) der Leiterplatte (2 ). - Sensormodul nach den Ansprüchen 5 und nach Anspruch 18 oder einem der Ansprüche 19 bis 23 soweit rückbezogen auf Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Abschnitt (
20 ) der Leiterplatte (2 ) erzeugte Abwärme über das Steckverbinderteil (9 ) abführbar ist. - Sensormodul nach Anspruch 23 oder nach Anspruch 24 sofern rückbezogen auf Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abführen von Abwärme des ersten Abschnitts (
20 ) der Leiterplatte (2 ) die Leiterplatte im ersten Abschnitt (20 ) zumindest ein metallisches Kühlelement (71 ) aufweist, das zwischen benachbarten Leiterbahnen (70 ) des ersten Abschnitts (20 ) der Leiterplatte (2 ) angeordnet ist. - Sensormodul nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine metallische Kühlelement (
71 ) einen Bereich (72 ) aufweist, der sich entlang eines Randes (20a ) des ersten Abschnitts (20 ) der Leiterplatte (2 ) erstreckt, wobei dieser Bereich (72 ) zur Erhöhung der Abgabe von Abwärme zumindest abschnittsweise freiliegt. - Sensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (
3 ) mit einem flächigen Metallelement (3a ) zur thermischen Ankopplung verbunden ist, das auf einer Unterseite (2b ) der Leiterplatte (2 ) angeordnet ist. - Sensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (
3 ) auch zur Messung der relativen Luftfeuchtigkeit ausgebildet ist. - Sensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Sensor (
4 ) ein Umweltsensor ist. - Sensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Sensor (
4 ) ein Feinstaubsensor ist, der zum Messen einer Feinstaubkonzentration in einer Umgebung des Sensormoduls (1 ) ausgebildet ist. - Sensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Sensor (
4 ) ein Gassensor ist, der zum Messen einer Gaskonzentration in einer Umgebung des Sensormoduls (1 ) ausgebildet ist. - Einrichtung mit einem Sensormodul (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul (1 ) so angeordnet ist, dass bezüglich eines in der Einrichtung strömenden Luftstroms (S) der Temperatursensor (3 ) stromauf des weiteren Sensors (4 ) und/oder des Spannungswandlers (8 ) angeordnet ist, oder dass der Luftstrom (S) quer zu einer Leiterplattenachse (x) die Leiterplatte (2 ) überströmt, wobei der erste und der dritte Abschnitt (20 ,22 ) der Leiterplatte (2 ) in Richtung der Leiterplattenachse (x) einander gegenüberliegen.
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R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |