DE4238930A1

DE4238930A1 - In einer Leiterplatte integrierter Lageänderungssensor

Info

Publication number: DE4238930A1
Application number: DE19924238930
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr Heinemeyer; Winfried Nas; Heinz Schaefer
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1992-11-19
Filing date: 1992-11-19
Publication date: 1994-05-26

Description

Die Erfindung betrifft einen Lageänderungssensor nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 oder 3.

Es ist bekannt, Minen mit einem Lageänderungssensor zu versehen, welche die Aufgabe haben, ein Räumen der Mine aus einem Minenfeld zu verhindern. Der Lageänderungssensor registriert eine Bewegung und gibt ein Signal an eine Auswerteschaltung, die entscheidet, ob die Mine gezündet werden soll oder nicht. Ein Sensor mit einer Kugel als Kontaktelement ist in der DE 27 09 397 C2 beschrieben. Bei diesem bekannten Sensor sind in einem zylindrischen Gehäuse in Umfangsrichtung verteilt Kontaktstifte eingelassen. Kommt die Kugel durch eine Lageänderung aus ihrem Gleichgewicht, so berührt sie unterschiedliche Kontaktstifte. Da die Kugel leitfähig ist, wird so ein Kontakt zwischen einzelnen Kontakten hergestellt. Die Änderung der Verbindung einzelner Kontakte ist ein Hinweis auf eine Lageänderung. Der Sensor ist relativ groß, aufwendig zu fertigen und muß in eine Minenschaltung, die üblicherweise auf einer Leiterplatte angeordnet ist, eingefügt werden. Die Leiterplatte hat dadurch eine stark vergrößerte Dicke.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lage änderungssensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 3 derart weiterzubilden, daß der Lageänderungssensor mit extrem kleinen Abmessungen herzustellen ist und trotzdem eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch gelöst, daß der Lageänderungssensor in eine Leiterplatte integriert ist, wobei in der Leiterplatte ein das Gehäuse bildender Hohlraum vorhanden ist, die Seitenwände des Hohlraums von dem Grundkörper der Leiterplatte gebildet werden, der Hohlraum mit Deckeln abgedeckt ist und Kontakte an der Seitenwand und/oder wenigstens einem Deckel vorhanden sind, die mit der Leiterplatte verschaltet sind.

Vorteilhafterweise ist die Seitenwand bzw. sind die Seitenwände des Hohlraums mit vorzugsweise streifenförmigen Kontaktelementen versehen und die Kontaktelemente sind abwechselnd mit je einem Schaltpunkt der Leiterplatte verschaltet. Bevorzugt wird der Hohlraum durch eine Bohrung in der Leiterplatte gefertigt. Die streifenförmigen Kontaktelemente können z. B. durch eine Beschichtung aufgebracht werden. Zweckmäßigerweise sind sie abstehend ausgebildet, so daß die Verbindung zwischen zwei Kontakten erleichtert ist.

Eine andere erfindungsgemäße Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Lageänderungssensor in eine Leiterplatte integriert ist, wobei auf einer Seite der Leiterplatte ein Gehäuse angeordnet ist, eine Bodenseite des Gehäuses von einer Leiterplattenoberfläche gebildet wird und Kontakte an der Seitenwand und/oder der Boden- und/oder der Deckelseite des Gehäuses vorhanden sind, die mit der Leiterplatte verschaltet sind.

Es bedarf an einer Leiterplatte nur relativ geringer zusätz licher Modifikationen, um einen erfindungsgemäßen Lage änderungssensor aufzunehmen. Die Kontaktierung der Kontaktelemente mit der Leiterplatte kann mit der allgemeinen Verbindungstechnik erfolgen. Wenn das Kontaktelement dicker als die Leiterplatte ist, muß der Hohlraum wenigstens an einer Seite von einem Deckel überwölbt werden. In bevorzugter Ausführungsform ist das Kontaktelement eine Kugel und der Hohlraum ein Kreiszylinder.

In bevorzugter Ausführungsform ist der Lageänderungssensor in ein Waffensystem, insbesondere eine Mine eingebaut. Vorteilhaft ist der Sensor auch allgemein für Bewegungsmelder und Alarmsysteme zu verwenden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden weiter beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Einen Lageänderungssensor bestehend aus einer Kugel in einem Hohlraum in einer beidseitig abgedeckten Leiterplatte;

Fig. 2 Ein aufgerolltes Kontaktband im vergrößerten Maßstab;

Fig. 3 Eine schematische Darstellung der Kontakte und einer Kugel als Kontaktelement;

Fig. 4 Einen Lageänderungssensor bestehend aus einer Kugel auf einer Leiterplattenseite.

In dem Beispiel gemäß der Fig. 1 ist eine Leiterplatte 2 mit einem kreisförmigen Hohlraum 5 gezeigt, in dem ein Kontakt element 1, hier eine Kugel bewegbar ist. Die Kugel 1 besitzt eine leitfähige Oberfläche. Ihr Durchmesser ist hier etwas größer als die Dicke der (zweischichtigen) Leiterplatte 2, wobei lediglich schematisch die obere und die untere Metallschicht auf der Leiterplatte 2 dargestellt sind. Der Hohlraum 5, in dem die Kugel 1 bewegbar ist, ist von zwei u- förmigen Deckein 6 abgedeckt. Der zylindrische Seiten wandbereich des Hohlraums 5 ist mit Kontaktelementen 3, 4 versehen, z. B. beschichtet. In Fig. 2 ist das Kontaktband mit den Kontaktelementen 3, 4 aufgerollt dargestellt. Fig. 3 zeigt schematisch die Kontakte auf dem zylindrischen Seitenwandbereich des Hohlraums 5 und die kontakt schließende Kugel 1. Der Hohlraum 5 in der Leiterplatte hat beispielsweise einen Durchmesser von 4 mm. Im Mantelbereich dieses geraden Kreiszylinders sind vorzugsweise acht streifenförmige Kontaktelemente 3, 4 (siehe Fig. 2 und 3) angebracht, wobei die Kontaktelemente 2, 3 etwas erhaben sind, so daß die Kugel 1 immer zwei benachbarte Kontakte kurzschließt. Die Enden der Kontaktelemente 3, 4 sind abwechselnd mit der oberen und unteren Metallschicht der Leiterplatte 2 verbunden (hierbei Leiterplatte doppelseitig beschichtet).

Der obere und untere Deckel 6 ist in dieser Ausführung aus Kunststoff. Vorteilhafterweise werden die Kontaktelemente 3, 4 über z. B. Leitgummikappen verbunden. Es können auch die Deckel 6 selbst aus einem leitfähigen Gummi hergestellt sein. Wenn durch eine Bewegung des Lageänderungssensors die Kugel 1, die praktisch stets an zwei Kontaktelementen 3, 4 anliegt, bewegt wird, wird die niederohmige Verbindung (Kurzschluß) über die Kugel 1 zwischen der oberen und unteren Metallschicht zunächst unterbrochen und dann erneut, gewöhnlich über andere Kontaktpaare, wieder hergestellt. Wenn eine solche Signal folge beispielsweise bei einer Mine innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls mehr als zweimal auftritt, wird sie von einer Auswerteschaltung als Räumungsmaßnahme gedeutet, und es werden dann die dagegen vorgesehenen Funktionen in der Mine aktiviert, z. B. eine Zündung der Mine.

Es könnte in einer Ausführungsform auch die Innenseite des Deckels mit einer leitfähigen Schicht überzogen sein. Diese Schicht wie auch die leitfähigen Kontaktstreifen an dem Seitenrand des Hohlraums müssen so angeordnet sein, daß die leitfähige Kugel immer mit einem Kontaktstreifen und der Schicht in Kontakt steht. Bei der Bewegung eines Gerätes bzw. einer Mine, das einen in einer Leiterplatte untergebrachten erfindungsgemäßen Sensor enthält, wird dann die Verbindung zwischen einem der Kontaktstreifen und der Schicht am Deckel zunächst unterbrochen und dann erneut über einen anderen Kontaktstreifen wieder geschlossen. Diese Änderung wird als Signal ausgewertet.

Eine andere Variante eines in einer Leiterplatte integrierten Lageänderungssensors ist in Fig. 4 dargestellt. Hier ist auf einer Seite der Leiterplatte 2 ein Gehäuse 10 angeordnet, wobei die Bodenseite des Gehäuses 10 von der Leiterplattenoberfläche bzw. der Metallschicht 4 gebildet ist. Das Gehäuse 10 könnte auch als "vergrößerter Deckel" gemäß Fig. 1 aufgefaßt werden. Es gibt auch hier ver schiedene Möglichkeiten, Kontakte 11 anzubringen und zu verschalten. Es kann dabei schon genügen, daß die innere Boden- oder Deckelseite mit sektorförmigen Metallschichten belegt ist, und die Kugel 1 bei ihrer Bewegung verschiedene Segmente zeitweilig überbrückt. Eine solche Signalfolge kann als Lageänderungshinweis verwendet werden. Wenn ein Lageänderungssensor, wie in Fig. 4 dargestellt, auch eine Lage "über Kopf" einnehmen kann, so sind vorzugsweise auf der Deckelseite Kontakte 11 angebracht, wobei wiederum die aus den Fig. 1 bis 3 bekannten Varianten möglich sind, nämlich, daß die Kugel entweder zwei benachbarte Kontakte auf der Umfangsseite öffnet und verbindet oder ein Wandkontakt mit einem leitfähigen Boden gebildet oder unterbrochen wird. In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform hat das Gehäuse 10 einen leitfähigen Boden.

Die Integration des Lageänderungssensors in eine Leiterplatte ist fertigungstechnisch sehr günstig. Da man die hochentwickelte Leiterplattentechnik einsetzen kann, ist die Zuverlässigkeit des Sensors extrem grob.

Es ist darüberhinaus möglich, die Schaltcharakteristik eines solchen Sensors zu ändern, beispielsweise in dem man von dem glatten Abrollen des Kontaktelementes Kugel abgeht und elliptische oder walzenförmig geformte Kontaktelemente nimmt. Es kann auch die innere Oberfläche der Deckel und der Seitenwände aufgerauht werden, so daß eine Bewegung des Kontaktelementes erst "aktiviert" werden muß, wodurch gewichtigere Ereignisse von mehr zufälligen Bewegungen unterschieden werden können. Auch bewirkt ein Austausch der Kugel mit leitfähiger Oberfläche durch einen Queck silbertropfen bzw. eine leitfähige Flüssigkeit oder durch leitfähigen Sand ein anderes dynamisches Verhalten des Sensors. Durch diese Maßnahmen ist je nach dem Neigungswinkel des Lageänderungssensors eine proportionale Widerstandsänderung zwischen den einzelnen Kontakten zu erreichen.

Claims

1. Lageänderungssensor, der ein leitfähiges Kontakt element (1) in einem mit Kontakten (3, 4) versehenen Gehäuse aufweist, wobei das Kontaktelement (1) in dem Gehäuse entsprechend der Schwerkraft an der tiefst möglichen Stelle zur Ruhe kommen kann, und einer Auswerteschaltung, mit der feststellbar ist, ob Kontakte (3, 4) über das Kontaktelement (1) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Lageänderungs sensor in eine Leiterplatte (2) integriert ist, wobei in der Leiterplatte (2) ein das Gehäuse bildender Hohlraum (5) vorhanden ist, die Seitenwände des Hohlraums (5) von dem Grundkörper der Leiterplatte (2) gebildet werden, der Hohlraum (5) mit Deckeln (6) abgedeckt ist und Kontakte (3, 4) an der Seitenwand und/oder wenigstens einem Deckel (6) vorhanden sind, die mit der Leiterplatte (2) verschaltet sind.

2. Lageänderungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Seitenwand des Hohlraums (5) mit vorzugsweise streifenförmigen Kontaktelementen (3, 4) ausgekleidet ist und die Kontaktelemente (3, 4) abwechselnd mit je einem Schaltpunkt der Leiterplatte (2) verschaltet sind.

3. Lageänderungssensor, der ein leitfähiges Kontakt element (1) in einem mit Kontakten (11) versehenen Gehäuse (10) aufweist, wobei das Kontaktelement (1) in dem Gehäuse (10) entsprechend der Schwerkraft an der tiefstmöglichen Stelle zur Ruhe kommen kann und einer Auswerteschaltung, mit der feststellbar ist, ob Kontakte (11) über das Kontaktelement (1) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Lageänderungs sensor in eine Leiterplatte (2) integriert ist, wobei auf einer Seite der Leiterplatte (2) das Gehäuse (10) angeordnet ist, eine Bodenseite des Gehäuses (10) von einer Leiterplattenoberfläche (4) gebildet wird, und Kontakte (11) an der Seitenwand und/oder der Boden- und/oder der Deckelseite des Gehäuses (10) vorhanden sind, die mit der Leiterplatte (2) verschaltet sind.

4. Lageänderungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche des Gehäuses (10) oder des Deckels (6) wenigstens an einer Boden- oder Deckelseite oder der Seitenwand leitfähig ist.

5. Lageänderungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (1) eine Kugel mit leitfähiger Oberfläche ist.

6. Lageänderungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (1) leitfähiges Pulver, bevorzugt leitfähiger Sand, ist.

7. Lageänderungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche des Deckels (6) oder Gehäuses (10) so ausgebildet ist, daß eine Bewegung des Kontaktelements (1) gebremst oder gedämpft wird.

8. Lageänderungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lageänderungssensor in ein Waffensystem, insbesondere eine Mine eingebaut ist.

9. Lageänderungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lageänderungssensor in einen Bewegungsmelder bzw. in ein Alarmsystem ein gebaut ist.