WO2006094656A1 - Sonnensensor in mid-technik - Google Patents

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Thomas Ofenhitzer
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Definitions

  • the present invention relates to a sensor arrangement in a motor vehicle for determining a solar radiation acting on the motor vehicle.
  • Solar sensors are often used in motor vehicles, wherein the detected solar radiation is used in addition to other measures for controlling an air conditioner.
  • electro-optical components such as photodiodes are aligned on a printed circuit board and connected in this position with the board, so as to achieve a desired spatial arrangement of the components.
  • this approach has the disadvantage that the process of aligning and attaching or contacting is very time-consuming and thus costly.
  • the orientation is subject to inaccuracy, which is why the assemblies produced in this manner have variations in their detection characteristics that exceed the tolerances of the components used.
  • the invention is based on the object to provide a sensor arrangement which does not have the aforementioned disadvantages and in which the electro-optical components are easy, precise and reproducible mountable.
  • a sensor arrangement which is characterized by at least one electro-optical component which is mounted on a mono- or multi-part carrier in MID technology.
  • MID Molded Interconnect Device
  • MID Molded Interconnect Device
  • a carrier in MID technology offers the advantage that electro-optical components can be recorded accurately and reproducibly by the carriers.
  • the MID carrier carried out in several parts, the sensor assembly can be modularized, whereby an assembly and optionally a maintenance of the sensor assembly is simple and inexpensive to carry out. It is conceivable to design the sensor arrangement modularly in such a way that the electro-optical components and other assemblies are distributed over a plurality of carrier parts and thus can be separately mounted or replaced.
  • the electro-optical component or the electro-optical components are arranged inclined with respect to a flat base surface of the MID carrier. This allows the setting of an angle of attack of the component or of the components relative to the base of the carrier, which results, for example, adjustment possibilities of the sensor arrangement depending on the planned installation position in the motor vehicle. If the sensor arrangement is installed, for example, in the area of the dashboard of a motor vehicle, then it is conceivable that the base area of the MID carrier represents a plane parallel to the dashboard. Thus, the sensor or the sensors can be aligned with respect to the dashboard and thus also with respect to the motor vehicle.
  • the sensor arrangement is characterized by at least two electro-optical components on the MID carrier, wherein the surfaces of the electro-optical components are arranged inclined to each other. The perpendiculars to the component surfaces are thus not parallel to each other.
  • This arrangement is characterized inter alia by the fact that the direction of incidence of solar radiation is easier to detect. There is a subdivision of the detected range of incidence of the sunlight given in sectors, which can be evaluated by means of a corresponding evaluation, for example, to determine the direction of incidence of solar radiation.
  • the sensor arrangement has an integrated into the MID carrier connection for receiving a plug or other electrical contact.
  • a plug or other electrical contact are, for example, recesses which interact with contact pins. If these contact pins are arranged on a circuit board, the sensor arrangement can simply be plugged onto the circuit board.
  • the connection simplifies assembly or replacement of the sensor assembly and obviates the need for an outgoing connection such as a plug connected to a cable.
  • the sensor arrangement can be connected directly to the motor vehicle electronics, for example via a data bus of the vehicle.
  • the connection in the form of contact pins as Part of the Ml D-carrier is formed, which cooperate with a board, a plug or other assembly.
  • the contact pins can simply be formed from the MID material itself.
  • the MID carrier is designed in several parts.
  • the individual parts are connected to each other in such a way that they are adjustable against each other. This allows, for example, an exact alignment of the sensor arrangement in the motor vehicle.
  • the adjustment can also be made during operation of the sensor arrangement, for example for tracking the electro-optical component or the electro-optical components.
  • the adjustability is both rotational and translational possible, resulting in universal adjustment options in all degrees of freedom.
  • the adjustment is done by motor or manually.
  • At least one temperature sensor is arranged on the MID carrier. This makes it possible to detect the temperature in addition to the solar radiation with the sensor arrangement. This information is particularly advantageous for controlling an air conditioner.
  • the sensor arrangement is advantageously characterized by additional electrical or electronic components connected to the MID carrier.
  • additional electrical or electronic components connected to the MID carrier.
  • mount the MID carrier directly on a printed circuit board in order to achieve the shortest possible signal path and thus to reduce or prevent a possible falsification of the measuring signals.
  • the sensor arrangement has a scattering cap arranged above the electro-optical component for scattering the incident light.
  • a scattering cap as described for example in DE 103 23 709 A1, makes it possible inter alia that the sunlight hits the electro-optical components even at a flat angle of incidence.
  • the MID carrier has mechanical means with which the sensor arrangement in the motor vehicle and / or a means such as a scattering cap or a cover can be fastened to the sensor arrangement. Due to the fact that the MID Carrier is essentially an injection molded part, this can be provided with mechanical means such as recesses, projections, holding means or the like. Thus, it is possible to attach the sensor assembly without further components in the motor vehicle and to connect the scattering cap or a cover with the sensor assembly. This allows a further simplification of the assembly or any necessary repair of the sensor arrangement or of parts of the sensor arrangement.
  • Figure 1 shows a sensor arrangement according to the invention in a spatial representation
  • Figure 2 is an exploded view of another sensor arrangement.
  • the sensor arrangement 1 in Figure 1 consists essentially of a carrier 4 in MID technology, which is provided with conductor tracks 9, and two photodiodes 2 and 3.
  • Base 6 of the MID carrier 4 is parallel to the XY plane.
  • the photodiodes 2 and 3 are arranged inclined to each other, wherein in the present example, a respect to the
  • the photodiodes 2 and 3 are additionally arranged inclined relative to the flat base surface 6 of the MID carrier 4. Due to this spatial orientation, which can be realized particularly efficiently by the MID carrier 4, an improved directional evaluation of the incident solar radiation is possible.
  • resistors not shown in the figure are mounted on a web 7 of the MID carrier 4, with which the photodiodes 2 and 3 can be calibrated.
  • recesses 8 are provided, which are necessary to a conductive transition to the surface 5 opposite
  • Walls of the recesses 8 are electrically connected to tracks 9 on the front.
  • a connector not shown.
  • the sensor assembly 1 is connected by simply plugging a plug with the on-board electronics of a motor vehicle.
  • FIG. 10 shows an exploded view of another sensor assembly 11.
  • the MlD carrier 12 is equipped with a photodiode 13, a temperature sensor 14 and resistors 15 and 16.
  • the MID carrier 12 has projections, not shown, into which a leaflet 17 is clipped. This ensures a simple assembly and maintainability, to which little or no tool is necessary.
  • the MID carrier 12 is mounted in a housing 18 and protected by a cap 19. This has ventilation slots 20 through which the temperature sensor 14 is in thermal contact with the environment. Through the housing 18 contact pins 21 are pushed, with which an electrical connection to the MID carrier 12 is made.
  • components such as the temperature sensor 14, the resistors 15 and 16 or the scattering cap 17 can be omitted without departing from the spirit.
  • the invention is not limited to the embodiments specified in the exemplary embodiment. This applies in particular to the type, number and spatial arrangement of the electro-optical components.
  • the MID carrier can be equipped with additional electrical or electronic components or assemblies, such as signal amplifiers, analog-digital converters or other sensors.

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Abstract

Sensoranordnung (1 , 12) in einem Kraftfahrzeug zur Ermittlung einer auf das Kraftfahrzeug einwirkenden Sonnenstrahlung mit mindestens einem elektro-optischen Bauelement (2, 3, 14), das auf einem ein- oder mehrteiligen Träger (4, 13) in MID-Technik befestigt ist.

Description

B E S C H R E I B U N G
Sonnensensor in MID-Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung in einem Kraftfahrzeug zur Ermittlung einer auf das Kraftfahrzeug einwirkenden Sonnenstrahlung.
Sonnensensoren werden oftmals in Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei die detektierte Sonneneinstrahlung neben anderen Maßnahmen zur Regelung einer Klimaanlage verwendet wird. In einem Sonnensensor werden elektro-optische Bauelemente wie beispielsweise Photodioden auf einer Leiterplatine ausgerichtet und in dieser Position mit der Platine verbunden, um so eine gewünschte räumliche Anordnung der Bauelemente zu erreichen. Diese Vorgehensweise weist jedoch den Nachteil auf, dass der Vorgang des Ausrichtens und Befestigens beziehungsweise Kontaktierens sehr zeit- und damit kostenaufwändig ist. Des Weiteren haftet der Ausrichtung eine Ungenauigkeit an, weshalb die auf diese Art und Weise produzierten Baugruppen Streuungen in ihren Detektions-Charakteristiken aufweisen, die über die Toleranzen der eingesetzten Bauelemente hinausgehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Sensoranordnung anzugeben, die die vorgenannten Nachteile nicht aufweist und in der die elektro-optischen Bauelemente leicht, präzise und reproduzierbar montierbar sind.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Sensoranordnung, die gekennzeichnet ist durch mindestens ein elektro-optisches Bauelement, das auf einem ein- oder mehrteiligen Träger in MID-Technik befestigt ist.
MID (Molded Interconnect Device) beschreibt eine Technologie, bei der Leiterbahnen in Formteile wie beispielsweise Spritzgußteile eingebettet sind. Es ergeben sich räumliche Träger, die direkt mit Bauteilen bestückt werden können. Bei diesen Bauteilen handelt es sich gemäß der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen um elektro-optische Bauelemente zur Erfassung der einfallenden Sonnenstrahlung, die beispielsweise als Photodiode, Solarzelle oder Photoelement ausgebildet sein können.
Die Verwendung eines Trägers in MID-Technik bietet den Vorteil, dass elektro-optische Bauelemente exakt und reproduzierbar von den Trägern aufgenommen werden können. Ist der MID-Träger mehrteilig ausgeführt, so kann die Sensoranordnung modularisiert werden, wodurch eine Montage und gegebenenfalls eine Wartung der Sensoranordnung einfach und kostengünstig durchführbar ist. Es ist vorstellbar, die Sensoranordnung in der Weise modular auszuführen, dass die elektro-optischen Bauelemente und sonstige Baugruppen auf mehrere Trägerteile verteilt sind und somit separat montiert bzw. ausgetauscht werden können.
Es ist vorstellbar, dass das elektro-optische Bauelement oder die elektro-optischen Bauelemente gegenüber einer ebenen Grundfläche des MID-Trägers geneigt angeordnet sind. Dies ermöglicht die Einstellung eines Anstellwinkels des Bauelements oder der Bauelemente gegenüber der Grundfläche des Trägers, wodurch sich beispielsweise Anpassungsmöglichkeiten der Sensoranordnung je nach geplanter Einbauposition im Kraftfahrzeug ergeben. Wird die Sensoranordnung beispielsweise im Bereich des Armaturenbretts eines Kraftfahrzeugs eingebaut, so ist es vorstellbar, dass die Grundfläche des MID-Trägers eine zum Armaturenbrett parallele Ebene darstellt. Somit lassen sich der Sensor oder die Sensoren in Bezug auf das Armaturenbrett und damit auch in Bezug auf das Kraftfahrzeug ausrichten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die Sensoranordnung gekennzeichnet durch mindestens zwei elektro-optische Bauelemente auf dem MID-Träger, wobei die Oberflächen der elektro-optischen Bauelemente gegeneinander geneigt angeordnet sind. Die Senkrechten auf die Bauelementoberflächen sind somit zueinander nicht parallel. Diese Anordnung zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass die Einfallsrichtung der Sonnenstrahlung einfacher detektierbar ist. Es ist eine Unterteilung des detektierten Einfallsbereichs des Sonnenlichts in Sektoren gegeben, die mit Hilfe einer entsprechenden Auswerteelektronik auswertbar ist, beispielsweise um die Einfallsrichtung der Sonneneinstrahlung zu ermitteln.
In einer weiteren Ausgestaltungsform weist die Sensoranordnung einen in den MID-Träger integrierten Anschluss zur Aufnahme eines Steckers oder einer sonstigen elektrischen Kontaktierung auf. Bei dieser handelt es sich beispielsweise um Ausnehmungen, die mit Kontakstiften zusammenwirken. Sind diese Kontaktstifte auf einer Platine angeordnet, lässt sich die Sensoranordnung einfach auf die Platine aufstecken. Der Anschluss vereinfacht die Montage oder den Austausch der Sensoranordnung und umgeht die Notwendigkeit einer nach außen geführten Anschlussmöglichkeit wie einen an ein Kabel angeschlossenen Stecker. Über den integrierten Anschluss kann die Sensoranordnung direkt mit der Kraftfahrzeugelektronik verbunden werden, beispielsweise über einen Datenbus des Fahrzeugs. Weiterhin ist es möglich, dass der Anschluss in Form von Kontaktstiften als Bestandteil des Ml D-Trägers ausgebildet ist, die mit einer Platine, einem Stecker oder einer sonstigen Baugruppe zusammenwirken. Die Kontaktstifte können einfach aus dem MID- Material selber geformt sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist der MID-Träger mehrteilig ausgebildet. Dabei sind die einzelnen Teile derart miteinander verbunden, dass sie gegeneinander verstellbar sind. Dies ermöglicht beispielsweise eine exakte Ausrichtung der Sensoranordnung im Kraftfahrzeug. Das Verstellen kann jedoch auch während des Betriebs der Sensoranordnung vorgenommen werden, beispielsweise zur Nachführung des elektro-optischen Bauelements beziehungsweise der elektro-optischen Bauelemente. Die Verstellbarkeit ist dabei sowohl rotatorisch als auch translatorisch möglich, wodurch sich universelle Anpassungsmöglichkeiten in allen Freiheitsgraden ergeben. Das Verstellen erfolgt hierbei motorisch oder auch manuell.
Weiterhin ist es möglich, dass mindestens ein Temperatursensor auf dem MID-Träger angeordnet ist. Dies ermöglicht es, mit der Sensoranordnung neben der Sonneneinstrahlung auch die Temperatur zu erfassen. Diese Information ist insbesondere zur Regelung einer Klimaanlage vorteilhaft.
In vorteilhafter Weise ist die Sensoranordnung gekennzeichnet durch zusätzliche, mit dem MID-Träger verbundene elektrische oder elektronische Bauteile. Anhand dieser Bauteile ist es beispielsweise möglich, die elektro-optischen Bauelemente zu kalibrieren oder deren Ausgangssignale derart aufzubereiten, dass die Sensoranordnung direkt an das elektronische System des Kraftfahrzeugs anschließbar ist. Es ist ebenfalls vorstellbar, den MID-Träger direkt auf einer Leiterplatine zu befestigen, um einen möglichst kurzen Signalweg zu erzielen und somit eine mögliche Verfälschung der Messsignale zu vermindern oder zu unterbinden.
In einer weiteren Ausgestaltungsform weist die Sensoranordnung eine über dem elektro- optischen Bauelement angeordnete Streukappe zur Streuung des einfallenden Lichts auf. Eine derartige Streukappe, wie sie beispielsweise in der DE 103 23 709 A1 beschrieben wird, ermöglicht es unter anderem, dass das Sonnenlicht auch bei flachem Einfallswinkel auf die elektro-optischen Bauelemente trifft.
In vorteilhafter Weise weist der MID-Träger mechanische Mittel auf, mit denen die Sensoranordnung im Kraftfahrzeug und/oder ein Mittel wie eine Streukappe oder eine Abdeckung an der Sensoranordnung befestigbar ist. Dadurch, dass es sich bei dem MID- Träger im Wesentlichen um ein Spritzgußteil handelt, kann dieser mit mechanischen Mitteln wie Ausnehmungen, Vorsprüngen, Haltemitteln oder dergleichen versehen werden. Somit ist es möglich, die Sensoranordnung ohne weitere Bauteile im Kraftfahrzeug zu befestigen sowie die Streukappe oder eine Abdeckung mit der Sensoranordnung zu verbinden. Dadurch wird eine weitere Vereinfachung der Montage beziehungsweise einer eventuell notwendigen Reparatur der Sensoranordnung oder von Teilen der Sensoranordnung ermöglicht.
Anhand zweier Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigt:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Sensoranordnung in räumlicher Darstellung und
Figur 2 eine Explosionsdarstellung einer weiteren Sensoranordnung.
Die Sensoranordnung 1 in Figur 1 besteht im Wesentlichen aus einem Träger 4 in MID- Technik, der mit Leiterbahnen 9 versehen ist, und zwei Photodioden 2 und 3. Die ebene
Grundfläche 6 des MID-Trägers 4 liegt parallel zu der XY-Ebene. Die Photodioden 2 und 3 sind gegeneinander geneigt angeordnet, wobei im vorliegenden Beispiel eine bezüglich der
XZ-Ebene symmetrische Anordnung dargestellt ist. Die Photodioden 2 und 3 sind zusätzlich gegenüber der ebenen Grundfläche 6 des MID-Trägers 4 geneigt angeordnet. Aufgrund dieser räumlichen Ausrichtung, die durch den MID-Träger 4 besonders effizient realisiert werden kann, ist eine verbesserte Richtungsauswertung der einfallenden Sonnenstrahlung möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind auf einem Steg 7 des MID-Trägers 4 in der Figur nicht dargestellte Widerstände angebracht, mit denen die Photodioden 2 und 3 kalibriert werden können. In einer Fläche 5 des MID-Trägers 4 sind Ausnehmungen 8 vorgesehen, die notwendig sind, um einen leitenden Übergang zur der Fläche 5 gegenüberliegenden
Rückseite des MID-Trägers 4 herzustellen. Dort sind Kontakstifte angeordnet, die über die
Wandungen der Ausnehmungen 8 elektrisch mit Leiterbahnen 9 auf der Vorderseite verbunden sind. Mittels der Kontaktstifte wird ein elektrischer Kontakt mit einem nicht dargestellten Anschlussstecker hergestellt. Somit wird die Sensoranordnung 1 durch einfaches Einstecken eines Steckers mit der Bordelektronik eines Kraftfahrzeugs verbunden.
Mittels der Vorsprünge 10 kann eine nicht dargestellte Abdeckkappe an der Sensoranordnung 1 angebracht werden. Ebenfalls nicht dargestellt sind weitere Ausnehmungen bzw. Vorsprünge, mit denen die Sensoranordnung im Einsatzbereich befestigt wird. Figur 2 zeigt eine Explosionsdarstellung einer weiteren Sensoranordnung 11. Der MlD- Träger 12 ist mit einer Photodiode 13, einem Temperatursensor 14 sowie Widerständen 15 und 16 bestückt. Der MID-Träger 12 weist nicht dargestellte Vorsprünge auf, in die eine Streukappe 17 eingeclipst wird. Dadurch wird eine einfache Montier- und Wartbarkeit gewährleistet, zu der kein oder nur wenig Werkzeug notwendig ist.
Der MID-Träger 12 wird in einem Gehäuse 18 befestigt und von einer Abdeckkappe 19 geschützt. Diese weist Belüftungsschlitze 20 auf, durch die der Temperatursensor 14 in thermischem Kontakt mit der Umgebung steht. Durch das Gehäuse 18 werden Kontaktstifte 21 geschoben, mit denen eine elektrische Verbindung zum MID-Träger 12 hergestellt wird.
Selbstverständlich können Komponenten wie der Temperatursensor 14, die Widerstände 15 bzw. 16 oder die Streukappe 17 weggelassen werden, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.
Die Erfindung ist nicht auf die in dem Ausführungsbeispiel angegebenen Ausführungsformen beschränkt. Dies betrifft insbesondere die Art, Anzahl und räumliche Anordnung der elektro- optischen Bauelemente. Des Weiteren kann der MID-Träger mit zusätzlichen elektrischen oder elektronischen Bauteilen oder Baugruppen bestückt sein, beispielsweise Signalverstärkern, Analog-Digital-Wandlem oder weiteren Sensoren.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Sensoranordnung (1 , 12) in einem Kraftfahrzeug zur Ermittlung einer auf das Kraftfahrzeug einwirkenden Sonnenstrahlung, gekennzeichnet durch mindestens ein elektro-optisches Bauelement (2, 3, 14), das auf einem ein- oder mehrteiligen Träger (4, 13) in MID-Technik befestigt ist.
2. Sensoranordnung (1 , 12) nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch mindestens zwei elektro-optische Bauelemente (2, 3) auf dem M I D-Träger, wobei die Oberflächen der elektro-optischen bauelemente (2, 3) gegeneinander geneigt angeordnet sind.
3. Sensoranordnung (1, 12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektro-optische Bauelement oder die elektro-optischen Bauelemente (2, 3) gegenüber einer ebenen Grundfläche (6) des MID-Trägers (4) geneigt angeordnet sind.
4. Sensoranordnung (1 , 12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen in den M I D-Träger (4) integrierten Anschluss zur Aufnahme eines Steckers oder einer sonstigen elektrischen Kontaktierung.
5. Sensoranordnung (1 , 12) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehrteiliger Ausgestaltung des MID-Trägers (4) die Teile derart miteinander verbunden sind, dass sie gegeneinander verstellbar sind.
6. Sensoranordnung (1 , 12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens einen Temperatursensor (15) auf dem MID-Träger (13).
7. Sensoranordnung (1 , 12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch zusätzliche, mit dem MID-Träger (13) verbundene elektrische oder elektronische Bauteile (16, 17).
8. Sensoranordnung (1 , 12) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine über dem elektro-optischen Bauelement (14) angeordnete Streukappe (18) zur Streuung des einfallenden Lichts.
9. Sensoranordnung (1 , 12) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der MID-Träger (4, 13) mechanische Mittel (10) aufweist, mit denen die Sensoranordnung (1 , 12) im Kraftfahrzeug und/oder ein Mittel wie eine Streukappe (18) oder eine Abdeckung an der Sensoranordnung (12) befestigbar ist.
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