DE102013220091A1

DE102013220091A1 - Drucksensor

Info

Publication number: DE102013220091A1
Application number: DE201310220091
Authority: DE
Inventors: Alexander Herdt; Siegmund Schlüter
Original assignee: Kavlico GmbH
Current assignee: Sensata Germany GmbH
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2015-04-02

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor zum Messen des Drucks eines Fluids, insbesondere einen Bremsdrucksensor, mit einem Druckmessumformer, welcher einen einen Druckkanal aufweisenden Druckport und eine Messmembran umfasst, die auf der dem Druckkanal abgewandten Seite drucksensitive Elemente aufweist, und einer Leiterplatte mit darauf angeordneter Auswerteelektronik. Der Drucksensor ist durch einen Leiterplattenträger gekennzeichnet, der mehrere elektrische Leiter aufweist, welche die drucksensitiven Elemente elektrisch mit der Leiterplatte verbinden, wobei die elektrischen Leiter mit der Leiterplatte durch Einpressen elektrisch verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor zum Messen des Drucks eines Fluids, insbesondere einen Bremsdrucksensor, mit einem Druckmessumformer, welcher einen einen Druckkanal aufweisenden Druckport, insbesondere zum Verbinden des Drucksensors mit einer Montagebohrung, und eine Messmembran umfasst, die auf der dem Druckkanal abgewandten Seite druck- bzw. dehnungssensitive Elemente aufweist, und einer Leiterplatte mit darauf angeordneter Auswerteelektronik.
Derartige Drucksensoren werden zur Messung des Drucks von Fluiden, d.h. Flüssigkeiten und/oder Gasen, insbesondere als Bestandteil einer Steuerung oder Regelung in einer technischen Anwendung, beispielsweise für Hydraulikanwendungen im Automobilbereich, eingesetzt. Beispielsweise kann der Drucksensor in eine Montagebohrung eines Druckverteilerblocks eingesetzt werden. Zur Messung des Fluiddrucks wird die eine Seite der Messmembran mit dem Fluid beaufschlagt, das über den Druckkanal des Druckports der Messmembran zugeleitet wird. Die andere Seite der Membran, die dem Fluid abgewandt ist, ist einem Referenzdruck ausgesetzt, insbesondere dem Umgebungsdruck bzw. dem hydrostatischen Druck der den Sensor umgebenden Atmosphäre. Bei einer Druckdifferenz zwischen ihren beiden Seiten wird die Messmembran mechanisch ausgelenkt bzw. deformiert. Diese Deformation wird durch die drucksensitiven Elemente erfasst, die beispielsweise als Dehnungsmessstreifen oder druckabhängige Widerstandselemente ausgeführt sein können. Dabei kann in an sich bekannter Weise aus dem Messwert der drucksensitiven Elemente durch die Auswerteelektronik auf den Fluiddruck rückgeschlossen werden, wobei die Auswerteelektronik ein dem Fluiddruck entsprechendes elektrisches Signal ausgibt.
Bei bekannten Drucksensoren wird eine elektrische Verbindung zwischen den drucksensitiven Elementen des Druckmessumformers und der Auswerteelektronik auf der Leiterplatte beispielsweise mittels gelöteter Kontaktbleche, durch elektrisch leitende Klebeverbindungen, durch Drahtbonden oder durch galvanisch beschichtete Kunststoffe hergestellt. Derartige elektrische Verbindungen erfordern eine Vielzahl von Prozessschritten und zu verwendenden Bauteilen, wodurch die Herstellung bekannter Drucksensoren vergleichsweise aufwändig ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der auf einfache Weise und damit kostengünstig und wirtschaftlich herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Drucksensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass der Drucksensor einen Leiterplattenträger umfasst, der mehrere elektrische Leiter aufweist, welche die drucksensitiven Elemente elektrisch mit der Leiterplatte verbinden, wobei die elektrischen Leiter mit der Leiterplatte durch Einpressen elektrisch verbunden sind.
Der erfindungsgemäße Drucksensor weist also einen Leiterplattenträger auf, der zur elektrischen Verbindung der drucksensitiven Elemente mit der Auswerteelektronik auf der Leiterplatte dient, wobei Messsignale der drucksensitiven Elemente mittels des Leiterplattenträgers an die Auswerteelektronik übertragen werden können.
Die elektrischen Leiter des Leiterplattenträgers sind mit der Leiterplatte elektrisch durch Einpressen verbunden, d.h. die Leiterplatte wird auf die elektrischen Leiter des Leiterplattenträgers aufgedrückt. Das Einpressen kann beispielsweise gemäß der Norm DIN EN 60352-5 erfolgen. Auf diese Weise kann in einem einzigen Prozessschritt sowohl eine beständige elektrische Verbindung als auch eine stabile mechanische Verbindung zwischen dem Leiterplattenträger und der Leiterplatte erstellt werden. Die elektrische Verbindung zwischen dem Leiterplattenträger und der Leiterplatte kann also ebenfalls auf einfache und wirtschaftlich günstige Weise hergestellt werden, wodurch die Herstellungskosten des Drucksensors weiter reduziert werden.
Im Ergebnis erfüllt der Leiterplattenträger eine doppelte Funktion, nämlich zum einen die bereits erwähnte elektrische Verbindung der Leiterplatte mit den druck- bzw. dehnungssensitiven Elementen und zum anderen die mechanische Befestigung der Leiterplatte. Folglich können durch den Leiterplattenträger separate Befestigungselemente für die Leiterplatte eingespart werden, wodurch die Anzahl der für den Drucksensor benötigten Bauteile reduziert werden kann.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind der Beschreibung, den Unteransprüchen sowie den Zeichnungen zu entnehmen.
Vorteilhafterweise sind die elektrischen Leiter mit den drucksensitiven Elementen durch Drahtbonden elektrisch verbunden. Dabei wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den drucksensitiven Elementen und den elektrischen Leitern des Leiterplattenträgers durch gebondete Verbindung mittels Bonddrähten hergestellt. Drahtbondverbindungen werden mittels eines Bondkopfes hergestellt und können innerhalb kürzester Zeit bei minimalem Aufwand ausgeführt werden. Auf diese Weise kann die Herstellung des Drucksensors insgesamt kostengünstig gestaltet werden.
Bevorzugt weisen die elektrischen Leiter an ihren mit der Leiterplatte verbundenen Enden jeweils einen verformbaren Einpresskontakt bzw. eine verformbare Einpresszone auf. Die Leiterplatte kann dadurch mittels in der Leiterplatte ausgebildeten Einpresslöchern im Bereich der Einpresskontakte auf die elektrischen Leiter aufgepresst werden, wodurch sich die Einpresskontakte verformen. Die Verformung kann plastisch oder elastisch erfolgen, wobei durch die Verformung eine besonders hohe Haltekraft zwischen dem elektrischen Leiter und der Leiterplatte erzeugt werden kann, die zugleich auch eine sichere elektrische Kontaktierung der Leiterplatte ermöglicht.
Ebenfalls bevorzugt weist der jeweilige Einpresskontakt eine Aussparung auf, die im zusammengesetzten Zustand des Drucksensors zusammengedrückt ist. Das Einpressen der Leiterplatte kann durch die Aussparung erleichtert werden, da hier das Material der Einpresskontakte in gewissen Grenzen leichter verformbar ist. Im eingepressten Zustand kann die Aussparung verkleinert oder vollständig zusammengedrückt sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die elektrischen Leiter an ihren mit den drucksensitiven Elementen verbundenen Enden jeweils eine Bondkontaktfläche auf. Die Bondkontaktfläche ist dazu ausgebildet, die Kontaktierung eines Bonddrahtes zu ermöglichen. Insbesondere kann die Bondkontaktfläche dazu eine Plattierung aufweisen, beispielsweise aus Kupfer oder Gold. Auf diese Weise kann ein Übergangswiderstand zwischen dem elektrischen Leiter und dem Bonddraht verringert werden. Zudem kann eine reproduzierbare Verbindung zwischen dem Bonddraht und der Bondkontaktfläche sichergestellt werden.
Bevorzugt weist der Leiterplattenträger an seinem dem Druckmessumformer zugewandten Ende einen Basisabschnitt auf, der ringförmig mit einer Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Durch die ringförmige Ausbildung kann der Leiterplattenträger an die Außenkontur des üblicherweise im Wesentlichen zylinderförmig bzw. achsenrotationssymmetrisch ausgebildeten Drucksensors angepasst sein.
Vorzugsweise umfasst der Basisabschnitt an seiner der Leiterplatte zugewandten Seite einen Kreisringbereich, der die vorgenannten Bondkontaktflächen der elektrischen Leiter aufweist. Die Bondkontaktflächen können also der Leiterplatte zugewandt sein, wodurch bei der Herstellung des Drucksensors sowohl das Drahtbonden als auch das Einpressen der Leiterplatte aus derselben Richtung durchgeführt werden kann. Dadurch muss der Drucksensor im Herstellungsprozess nicht gedreht werden, wodurch Prozessschritte entfallen und sich die Herstellungskosten weiter reduzieren lassen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich der Druckmessumformer mit der Messmembran in die Durchgangsöffnung des Basisabschnitts des Leiterplattenträgers hinein oder durch diese hindurch. Die Messmembran kann dabei zentral in dem Basisabschnitt des Leiterplattenträgers zu liegen kommen, wodurch die drucksensitiven Elemente benachbart zu den Bondkontaktflächen der elektrischen Leiter angeordnet sind. Bevorzugt erstreckt sich der Druckmessumformer nur soweit in die Durchgangsöffnung hinein, dass die Messmembran innerhalb der Durchgangsöffnung angeordnet ist, d.h. die Messmembran ist gegenüber den Bondkontaktflächen in axialer Richtung, insbesondere geringfügig, versetzt. Somit können die drahtgebondeten elektrischen Verbindungen zwischen den drucksensitiven Elementen und den Bondkontaktflächen besonders kurz ausgeführt sein, wodurch sich eine hohe mechanische Stabilität der Bondverbindungen ergibt.
Bevorzugt ist der Druckmessumformer als einstückiges Bauteil ausgeführt, wodurch die Bildung von Spaltkorrosion am Druckmessumformer verhindert werden kann und der Druckmessumformer dauerhaft gas- und druckdicht sein kann.
Die drucksensitiven Elemente können beispielsweise als Dünnfilmsensoren, insbesondere als in Dünnfilmtechnik hergestellte Dünnfilmwiderstände, ausgebildet sein. Bei den drucksensitiven Elementen kann es sich aber auch um diffundierte Widerstände handeln. Insbesondere sind die drucksensitiven Elemente als eine Widerstands-Messbrücke ausgebildet.
Bevorzugt umfasst der Leiterplattenträger wenigstens zwei sich von dem Basisabschnitt zu der Leiterplatte hin erstreckende Fortsätze, die jeweils wenigstens einen der elektrischen Leiter abstützen. Die Fortsätze können die elektrischen Leiter mechanisch stabilisieren, wodurch der Drucksensor insbesondere in vibrationsbelasteten Anwendungen einsetzbar ist. Zudem kann der Abstand der Leiterplatte von dem Druckmessumformer durch die Länge der Fortsätze eingestellt werden. Dadurch kann die Auswerteelektronik beispielsweise bei der Messung des Drucks von heißen Fluiden von dem Druckmessumformer beabstandet gehalten werden, um die Auswerteelektronik vor den hohen Temperaturen des Fluids zu schützen. Die Fortsätze können eine durch Form und Material vorgegebene Biegeelastizität aufweisen, so dass Fertigungstoleranzen bezüglich der relativen Anordnung der in der Leiterplatte ausgebildeten Einpresslöcher und der Einpresskontakte der elektrischen Leiter ausgeglichen werden können. Ferner kann durch ein Verspannen der Fortsätze gegeneinander über die Leiterplatte die Wirksamkeit der Befestigung zwischen Leiterplattenträger und Leiterplatte weiter erhöht werden.
Besonders bevorzugt sind die beiden Fortsätze auf bezüglich der Durchgangsöffnung an einander gegenüberliegenden Seiten des Basisabschnitts ausgebildet. Der Leiterplattenträger kann in Seitenansicht also U-förmig ausgebildet sein. Dadurch können die elektrischen Leiter maximal weit voneinander entfernt liegen, wodurch die Leiterplatte durch weit auseinanderliegende elektrische Leiter getragen wird, was wiederum die mechanische Stabilität der Befestigung der Leiterplatte erhöht.
Vorteilhafterweise umfasst der Leiterplattenträger einen isolierenden Kunststoffkörper, in dem die elektrischen Leiter eingekapselt sind, wobei wenigstens die vorgenannten Einpresskontakte und die vorgenannten Bondkontaktflächen der elektrischen Leiter zumindest nicht vollständig von dem Kunststoffkörper ummantelt sind. Der Kunststoffkörper kann somit als Hybridbauteil ausgebildet sein und insbesondere zur Verbesserung der mechanischen Stabilität des Leiterplattenträgers beitragen. Zudem können die elektrischen Leiter durch den Kunststoffkörper gegeneinander elektrisch isoliert werden und zumindest bereichsweise vollständig innerhalb des Kunststoffkörpers liegen. Um eine elektrische Kontaktierung der Einpresskontakte sowie der Bondkontaktflächen zu ermöglichen, können die Einpresskontakte und die Bondkontaktflächen zumindest bereichsweise nicht von dem Kunststoffkörper ummantelt sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Drucksensor eine Steckerbaugruppe mit Kontaktstiften, die als oberflächenmontiertes Bauelement bzw. Surface-mounted-device (SMD) auf der Leiterplatte angebracht ist. Mittels der Kontaktstifte werden elektrische Signale der Leiterplatte, die den gemessenen Druck des Fluids repräsentieren, beispielsweise eine Brückenspannung, aus dem Drucksensor herausgeleitet und die drucksensitiven Elemente mit einer Spannungsversorgung vorsorgt. Die Steckerbaugruppe kann auf kostensparende Weise zusammen mit den übrigen Bauteilen der Auswerteelektronik beispielsweise durch SMD-Bestückung auf der Leiterplatte platziert und anschließend verlötet werden.
Bevorzugt umfasst der Drucksensor einen Flanschring mit einer Durchgangsöffnung, wobei der Druckmessumformer durch den Flanschring hindurchgesteckt und unlösbar mit dem Flanschring verbunden ist.
Weiter bevorzugt weist der Flanschring einen ringförmigen Absatz auf, der mit einem gegenförmig ausgebildeten ringförmigen Absatz des Druckmessumformers formschlüssig verschweißt ist. Durch die gegenförmig ausgebildeten Absätze kann bei der Herstellung des Drucksensors auf einfache Weise eine definierte relative Position von Flanschring und Druckmessumformer erreicht werden, in welcher Flanschring und Druckmessumformer aneinander anliegen. Diese beiden Baugruppen können beispielsweise durch eine kapazitive Entladungsschweißung im Bereich der gegenförmigen Absätze druckdicht miteinander verbunden sein, wobei Flanschring und Druckmessumformer jeweils aus einem metallischen Material gebildet sein können.
Vorzugsweise ist der Leiterplattenträger über eine Clipsverbindung lösbar mit dem Flanschring verbunden. Durch die Clipsverbindung kann der Leiterplattenträger mit geringem Aufwand mit dem Flanschring verbunden werden, wodurch der Drucksensor insgesamt nochmals wirtschaftlicher herstellbar ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Flanschring einen in Richtung der Leiterplatte vorstehenden, insbesondere umlaufenden Steg, der innenseitig mit wenigstens einer Nut versehen ist, wobei der Leiterplattenträger an seinem der Leiterplatte abgewandten Ende wenigstens einen radial nach außen vorstehenden, in die Nut eingreifenden Rasthaken aufweist. Die Clipsverbindung kann also durch den umlaufenden Steg und den Rasthaken gebildet sein, der sich kostengünstig, beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens, herstellen lässt.
Bevorzugt weisen der Leiterplattenträger und der Flanschring zusammenwirkende Mittel auf, die eine Verdrehsicherung bezüglich einer Drehung des Leiterplattenträgers relativ zu dem Flanschring bilden. Somit kann beim Zusammenfügen der Clipsverbindung die korrekte Positionierung des Leiterplattenträgers relativ zu dem Flanschring sichergestellt werden, wodurch Fehler bei der Herstellung des Drucksensors vermieden werden können.
Bevorzugt umfasst der Flanschring einen in Richtung der Leiterplatte vorstehenden, insbesondere umlaufenden Steg, der außenseitig wenigstens eine Abflachung aufweist, wobei der Leiterplattenträger an seinem der Leiterplatte abgewandten Ende wenigstens ein in Längsrichtung des Druckkanals vorstehendes, in die Abflachung eingreifendes Blockierelement aufweist. Die Clipsverbindung kann also nur dann hergestellt werden, wenn das Blockierelement und die Abflachung aneinander zu liegen kommen. Auf diese Weise kann eine Drehcodierung für den Leiterplattenträger realisiert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Leiterplattenträger, insbesondere wenigstens ein Fortsatz des Leiterplattenträgers, in radialer Richtung zumindest eine Erhebung zur Versteifung einer auf den Flanschring aufgesetzten Gehäusekappe auf. Im fertig montierten Zustand des Drucksensors kann die Erhebung an einer Innenseite der Gehäusekappe anliegen, wodurch die Gehäusekappe gegen Druck von außen verstärkt wird. Ein Verwinden der Gehäusekappe bei Krafteinwirkung von außen kann somit reduziert werden.
Bevorzugt umfasst der Drucksensor eine Gehäusekappe, die durch Presspassung mit dem Flanschring mechanisch verbunden ist. Die Presspassung kann dabei zum einen eine einfache und kostengünstige Verbindung von Flanschring und Gehäusekappe ermöglichen und zum anderen eine automatische Abdichtung des Übergangs zwischen Flanschring und Gehäusekappe sicherstellen. Ein Eindringen beispielsweise von Flüssigkeiten in die Gehäusekappe kann durch die Presspassung vermieden werden.
Besonders bevorzugt umfasst der Drucksensor eine Gehäusekappe, die zumindest vier Aussparungen zur Durchführung von Kontaktstiften des Drucksensors aufweist. Beispielsweise kann durch jede Aussparung jeweils ein Kontaktstift geführt sein. Dabei kann die Gehäusekappe beispielsweise aus einem leitfähigen Material, insbesondere aus einem Metallblech, geformt sein, wodurch die Gehäusekappe zur Abschirmung des Druckmessumformers und der Auswerteelektronik vor elektromagnetischer Strahlung dient. Durch das Vorsehen von vier Aussparungen wird die Fläche der Aussparungen sowie der Durchmesser einer einzelnen Aussparung im Vergleich zur Verwendung einer größeren Aussparung für alle Kontaktstifte verringert. Dadurch kann die in den Innenraum der Gehäusekappe eindringende elektromagnetische Strahlung reduziert werden. Die Anforderungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) können durch die Verwendung der zumindest vier Aussparungen somit leichter erfüllt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Drucksensor in perspektivischer Explosionsansicht;
2 den Drucksensor von 1 in einer seitlichen Schnittansicht;
3 eine erste Ausführungsform eines Leiterplattenträgers in perspektivischer Ansicht von unten;
4 den Leiterplattenträger von 3 in perspektivischer Ansicht von oben;
5 die elektrischen Leiter des Leiterplattenträgers von 3 in perspektivischer Ansicht;
6 den Drucksensor von 1 ohne Gehäusekappe in einer ersten seitlichen Ansicht;
7 den Drucksensor von 6 in einer zweiten seitlichen Ansicht;
8 den Drucksensor von 6 in einer perspektivischen Ansicht von oben; und
9 eine zweite Ausführungsform eines Leiterplattenträgers in (a) Seitenansicht und (b) Ansicht von oben.
In 1 ist ein Drucksensor 10 in Explosionsansicht dargestellt, der im Wesentlichen zylindrisch entlang einer axialen Richtung aufgebaut ist. An einem (in 1 unteren) Ende des Drucksensors 10 umfasst dieser einen Druckmessumformer 12, der einen zylindrischen Druckport 14 sowie eine den Druckport 14 an einem oberen Ende abschließende Messmembran 16 umfasst.
In diesem Kontext soll das Ende des Drucksensors 10, an welchem der Druckport 14 angeordnet ist als unteres Ende bzw. unten bezeichnet werden. Entsprechend soll ein dem Druckport 14 gegenüberliegendes Ende als oberes Ende bzw. oben deklariert werden.
Auf der Membran 16 sind vier dehnungssensitive Widerstände 18 in Dünnfilmtechnologie aufgebracht. In dem Druckport 14 ist ein Druckkanal 20 vorgesehen (2), der ein Fluid, dessen Druck bestimmt werden soll, der Membran 16 zuleitet, wobei die Widerstände 18 auf einer Oberseite der Membran 16 angeordnet sind und das Fluid auf einer Unterseite der Membran 16 mit dieser in Kontakt kommt.
Der Druckmessumformer 12 weist einen umlaufenden äußeren ringförmigen Absatz 22 auf (1), auf dem ein ebenfalls ringförmiger umlaufender innerer Absatz 24 eines Flanschrings 26 aufliegt (2). Der Druckmessumformer 12 und der Flanschring 26 sind im Bereich der Absätze 22, 24 miteinander verschweißt.
Wie in 1 dargestellt, umfasst der Flanschring 26 eine zentrale Durchgangsöffnung 28, durch die der Druckmessumformer 12 hindurchragt. Der Flanschring 26 umfasst einen scheibenförmigen Bereich 30, in dem zentral die Durchgangsöffnung 28 vorgesehen ist und von welchem ein umlaufender Steg 32 nach oben hervorsteht. Der scheibenförmige Bereich 30 weist an einer Seite eine Abflachung 34 auf. Der Steg 32 weist im Bereich der Abflachung 34 ebenfalls eine Abflachung 36 auf, die in einem oberen Bereich an einem äußeren Umfang des Stegs 32 angeordnet ist.
An einem inneren Umfang des Stegs 32 erstreckt sich eine umlaufende Nut 38, in welche Clipse 40 eines Leiterplattenträgers 42 eingreifen und den Leiterplattenträger 42 durch Hintergreifen an dem Flanschring 26 befestigen. An dem Leiterplattenträger 42 sind insgesamt vier Clipse 40 vorgesehen, wobei jeweils zwei Clipse 40 mechanisch miteinander gekoppelt sind und die Paare von Clipsen 40 an gegenüberliegenden Seiten eines scheibenförmigen Basisabschnitts 44 des Leiterplattenträgers 42 angeordnet sind. In dem Basisabschnitt 44 ist eine Durchgangsbohrung 46 vorgesehen (2), in welche der Druckmessumformer 12 hineinragt, die vom Druckmessumformer 12 aber nicht vollständig ausgefüllt wird.
Der Leiterplattenträger 42 ist in den 3 und 4 detaillierter dargestellt. Der Leiterplattenträger 42 umfasst einen elektrisch isolierenden Kunststoffkörper 48, der den Basisabschnitt 44 aufweist, von welchem zwei sich in der axialen Richtung nach oben erstreckende Fortsätze 50 abstehen. Die zwei Fortsätze 50 sind an gegenüberliegenden Seiten des Basisabschnitts 44 angeordnet und als teilzylinderförmige Wandung ausgebildet. In der axialen Richtung nach oben erstrecken sich aus jedem Fortsatz 50 zwei Abstandhalter 52 sowie drei elektrische Leiter 54.
Die elektrischen Leiter 54 sind in 5 detaillierter dargestellt und erstrecken sich durch die Fortsätze 50 des Kunststoffkörpers 48 bis in den Basisabschnitt 44. Im Bereich des Übergangs von den Fortsätzen 50 in den Basisabschnitt 44 sind die elektrischen Leiter 54 um 90° abgewinkelt. Die abgewinkelten Abschnitte der elektrischen Leiter 54 sind radial zu einer Mittelachse des Basisabschnitts 44 hin ausgerichtet und umfassen Bondkontaktflächen 56, die mit einer Plattierung aus Kupfer versehen sind. Die Bondkontaktflächen 56 sind bündig mit einer oberen Stirnfläche 58 des Basisabschnitts 44 angeordnet und mittels Bonddrähten 60 (2) mit den Widerständen 18 auf der Membran 16 elektrisch verbunden.
An einem oberen Ende weisen die elektrischen Leiter 54 jeweils einen elektrischen Einpresskontakt 62 auf, in welchem jeweils eine ovale Aussparung 64 vorgesehen ist. Im Bereich der Einpresskontakte 62 sind die elektrischen Leiter 54 jeweils quaderförmig ausgebildet und laufen oberhalb der Einpresskontakte 62 keilförmig spitz zu.
Unterhalb der Einpresskontakte 62 sind kreuzförmige Verdickungen 66 vorgesehen, die einen stabilen Sitz der elektrischen Leiter 54 in dem Kunststoffkörper 48 gewährleisten.
An einer Außenseite des Kunststoffkörpers 48 weist ein Fortsatz 50 eine dreieckförmige Erhebung 68 auf, die im Bereich des Basisabschnitts 44 in einen Fortsatz 70 mündet, der wiederum mit der Abflachung 36 des Stegs 32 in Eingriff steht, um eine korrekte Orientierung des Leiterplattenträgers 42 gegenüber dem Flanschring 26 sicherzustellen (8). Die Erhebung 68 verdickt und verbreitert sich nach unten hin.
In der axialen Richtung unter den Abstandhaltern 52 sind auf einer äußeren Oberfläche der Fortsätze 50 zudem längliche Auswölbungen 69 vorgesehen (3).
Wie in 6 dargestellt, ist eine Leiterplatte 72 mittels sechs Einpresslöchern 74 (1) auf die elektrischen Leiter 54 des Leiterplattenträgers 42 aufgepresst. Die Leiterplatte 72 ist dabei so weit auf die elektrischen Leiter 54 aufgepresst, dass die Leiterplatte 72 auf den Abstandhaltern 52 aufliegt und die Einpresslöcher 74 in der axialen Richtung im Bereich der Einpresskontakte 62 zu liegen kommen. Der Durchmesser der Einpresslöcher 74 ist dabei geringfügig kleiner gewählt als ein Querschnitt der elektrischen Leiter 54 im Bereich der Einpresskontakte 62. Durch das Einpressen werden die Aussparungen 64 in der Folge elastisch verkleinert und auf diese Weise wird eine formschlüssige Verbindung sowie eine elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Leitern 54 und der Leiterplatte 72 hergestellt. Zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen Leiterplatte 72 und elektrischen Leitern 54 verfügen die Einpresslöcher 74 über eine Metallisierung ihrer Innenflächen. Nach dem Einpressen ragen die oberen Enden der elektrischen Leiter 54 nach oben aus der Leiterplatte 72 heraus.
Auf der Leiterplatte 72 ist eine Auswerteelektronik 73 aus SMD-Bauteilen angeordnet, die die Widerstände 18 auf der Membran 16 nach dem Prinzip einer redundanten Wheatstone'schen Messbrücke (vgl. hierzu DE 10 2011 106 694 ) mit sechs Kontakten elektrisch kontaktiert.
Ausgangssignale der Auswerteelektronik 73 sind durch vier federnd gelagerte Kontaktstifte 76 abgreifbar. Die Kontaktstifte 76 ragen dabei durch jeweils eine Aussparung 78 einer hohlzylindrischen unten offenen Gehäusekappe 80 heraus. Grundsätzlich ist auch eine andere Anzahl an Kontaktstiften möglich.
Die Gehäusekappe 80 ist aus einem leitfähigen Material geformt und ist durch eine Presspassung mit dem Flanschring 26 im Bereich des Stegs 32 verbunden. Die Gehäusekappe 80 liegt zudem an der Erhebung 68 und den Auswölbungen 69 an, wodurch die Gehäusekappe 80 mechanisch abgestützt wird.
Alternativ zu der in den 1 bis 8 gezeigten Anordnung mit zwei einander gegenüberliegenden Gruppen von jeweils drei elektrischen Leitern 54 kann der Leiterplattenträger 42, wie in 9a und 9b gezeigt, auch asymmetrisch mit beispielsweise sieben elektrischen Leitern 54 ausgebildet sein, wobei in einem Fortsatz 50 sechs elektrische Leiter 54 und in einem weiteren Fortsatz 50 ein einzelner elektrischer Leiter 54 vorgesehen ist/sind. Abhängig davon, wie viele Signale von dem Druckmessumformer 12 erzeugt und/oder abgegriffen werden, kann die Anzahl der elektrischen Leiter 54 grundsätzlich beliebig gewählt werden. Insbesondere können genau vier elektrische Leiter 54, insbesondere zur Kontaktierung einer Standard-Messbrücke, und/oder genau vier Kontaktstifte 76 verwendet werden. Es sind aber auch andere Leiter-/Kontaktstifte-Verhältnisse als 6:4 oder 4:4 möglich.
Allgemein wird bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Drucksensors 10 zunächst der Druckmessumformer 12 mit dem Flanschring 26 verschweißt und der Leiterplattenträger 42 in die Nut 38 des Stegs 32 eingeclipst. Anschließend wird eine Bondverbindung der Widerstände 18 mit den Bondkontaktflächen 56 erstellt. Nachfolgend wird die Leiterplatte 72 mit darauf angeordneten Kontaktstiften 76 auf die elektrischen Leiter 54 aufgepresst und abschließend die Gehäusekappe 80 über die Leiterplatte 72, den Leiterplattenträger 42 und den Steg 32 gestülpt. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Drucksensor 10 mit wenigen Arbeitsschritten hergestellt werden.
Im Betrieb wird ein Fluid durch eine mit dem Druckport 14 in fluider Verbindung stehende Leitung oder dergleichen (nicht gezeigt) dem Druckkanal 20 und damit der Membran 16 zugeleitet. Die Membran 16 erfährt durch den durch das Fluid ausgeübten Druck eine Verformung, wodurch sich die Widerstände der dehnungssensitiven Widerstände 18 ändern. Diese Widerstandsänderung ist durch die Auswerteelektronik 73 über die elektrische Verbindung der Leiterplatte 72 mit den Einpresskontakten 62 der elektrischen Leiter 54 und der Bondkontaktflächen 56 über die Bonddrähte 60 messbar. Die Widerstandsänderung wird durch die Auswerteelektronik 73 in ein elektrisches Signal umgewandelt und an den Kontaktstiften 76 ausgegeben. Gleichzeitig werden die Widerstände 18 über die Kontaktstifte 76 an eine externe Spannungsversorgung angeschlossen.
Bezugszeichenliste

10: Drucksensor
12: Druckmessumformer
14: Druckport
16: Membran
18: Widerstand
20: Druckkanal
22: Absatz
24: Absatz
26: Flanschring
28: Durchgangsöffnung
30: scheibenförmiger Bereich
32: Steg
34: Abflachung
36: Abflachung
38: Nut
40: Clips
42: Leiterplattenträger
44: Basisabschnitt
46: Durchgangsbohrung
48: Kunststoffkörper
50: Fortsatz
52: Abstandhalter
54: elektrischer Leiter
56: Bondkontaktfläche
58: Stirnfläche
60: Bonddraht
62: Einpresskontakt
64: Aussparung
66: Verdickung
68: Erhebung
69: Auswölbung
70: Fortsatz
72: Leiterplatte
73: Auswerteelektronik
74: Einpressloch
76: Kontaktstift
78: Aussparung
80: Gehäusekappe

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 102011106694 [0055]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm DIN EN 60352-5 [0007]

Claims

Drucksensor (10) zum Messen des Drucks eines Fluids, insbesondere Bremsdrucksensor, mit einem Druckmessumformer (12), welcher einen einen Druckkanal (20) aufweisenden Druckport (14) und eine Messmembran (16) umfasst, die auf der dem Druckkanal (20) abgewandten Seite drucksensitive Elemente (18) aufweist, und einer Leiterplatte (72) mit darauf angeordneter Auswerteelektronik (73), gekennzeichnet durch einen Leiterplattenträger (42), der mehrere elektrische Leiter (54) aufweist, welche die drucksensitiven Elemente (18) elektrisch mit der Leiterplatte (72) verbinden, wobei die elektrischen Leiter (54) mit der Leiterplatte (72) durch Einpressen elektrisch verbunden sind.
Drucksensor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiter (54) mit den drucksensitiven Elementen (18) durch Drahtbonden elektrisch verbunden sind.
Drucksensor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiter (54) an ihren mit der Leiterplatte (72) verbundenen Enden jeweils einen verformbaren Einpresskontakt (62) aufweisen.
Drucksensor (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Einpresskontakt (62) eine Aussparung (64) aufweist, die im zusammengesetzten Zustand des Drucksensors (10) zusammengedrückt ist.
Drucksensor (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiter (54) an ihren mit den drucksensitiven Elementen (18) verbundenen Enden jeweils eine Bondkontaktfläche (56) aufweisen.
Drucksensor (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterplattenträger (42) an seinem dem Druckmessumformer (12) zugewandten Ende einen Basisabschnitt (44) aufweist, der ringförmig mit einer Durchgangsöffnung (46) ausgebildet ist.
Drucksensor (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisabschnitt (44) an seiner der Leiterplatte (72) zugewandten Seite einen Kreisringbereich (58) umfasst, der Bondkontaktflächen (56) der elektrischen Leiter aufweist.
Drucksensor (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Druckmessumformer (12) mit der Messmembran (16) in die Durchgangsöffnung (46) des Basisabschnitts (44) des Leiterplattenträgers (42) hinein oder durch diese hindurch erstreckt.
Drucksensor (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterplattenträger (42) wenigstens zwei sich von dem Basisabschnitt (44) zu der Leiterplatte (72) hin erstreckende Fortsätze (50) umfasst, die jeweils wenigstens einen der elektrischen Leiter (54) abstützen.
Drucksensor (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Fortsätze (50) auf bezüglich der Durchgangsöffnung (46) einander gegenüberliegenden Seiten des Basisabschnitts (44) ausgebildet sind.
Drucksensor (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterplattenträger (42) einen isolierenden Kunststoffkörper (48) umfasst, in dem die elektrischen Leiter (54) eingekapselt sind, wobei wenigstens Einpresskontakte (62) und Bondkontaktflächen (56) der elektrischen Leiter (54) zumindest nicht vollständig von dem Kunststoffkörper (48) ummantelt sind.
Drucksensor (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmessumformer (12) als einstückiges Bauteil ausgeführt ist.
Drucksensor (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (10) eine Steckerbaugruppe mit Kontaktstiften (76) umfasst, die als oberflächenmontiertes Bauelement auf der Leiterplatte (72) angebracht ist.
Drucksensor (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor einen Flanschring (26) mit einer Durchgangsöffnung (28) umfasst, wobei der Druckmessumformer (12) durch den Flanschring (26) hindurchgesteckt und unlösbar mit dem Flanschring (26) verbunden ist.
Drucksensor (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Flanschring (26) einen ringförmigen Absatz (24) aufweist, der mit einem gegenförmig ausgebildeten ringförmigen Absatz (22) des Druckmessumformers (12) formschlüssig verschweißt ist.
Drucksensor (10) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterplattenträger (42) über eine Clipsverbindung (32, 38, 40) lösbar mit dem Flanschring (26) verbunden ist.
Drucksensor (10) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Flanschring (26) einen in Richtung der Leiterplatte (72) vorstehenden insbesondere umlaufenden Steg (32) umfasst, der innenseitig mit wenigstens einer Nut (38) versehen ist, wobei der Leiterplattenträger (42) an seinem der Leiterplatte (72) abgewandten Ende wenigstens einen radial nach außen vorstehenden, in die Nut (38) eingreifenden Rasthaken (40) aufweist.
Drucksensor (10) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterplattenträger (42) und der Flanschring (26) zusammenwirkende Mittel (36, 70) aufweisen, die eine Verdrehsicherung bezüglich einer Drehung des Leiterplattenträgers (42) relativ zu dem Flanschring (26) bilden.
Drucksensor (10) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Flanschring (26) einen in Richtung der Leiterplatte (72) vorstehenden insbesondere umlaufenden Steg (32) umfasst, der außenseitig wenigstens eine Abflachung (36) aufweist, wobei der Leiterplattenträger (42) an seinem der Leiterplatte (72) abgewandten Ende wenigstens ein in Längsrichtung des Druckkanals (20) vorstehendes, in die Abflachung eingreifendes Blockierelement (70) aufweist.
Drucksensor (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterplattenträger (42), insbesondere wenigstens ein Fortsatz (50) des Leiterplattenträgers (42), in radialer Richtung zumindest eine Erhebung (68, 69) zur Versteifung einer auf den Flanschring (26) aufgesetzten Gehäusekappe (80) aufweist.
Drucksensor (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (10) eine Gehäusekappe (80) umfasst, die durch Presspassung mit einem Flanschring (26) mechanisch verbunden ist.
Drucksensor (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (10) eine Gehäusekappe (80) umfasst, die zumindest vier Aussparungen (78) zur Durchführung von Kontaktstiften (76) aufweist.