DE102006039421A1

DE102006039421A1 - Drucksensoreinheit

Info

Publication number: DE102006039421A1
Application number: DE102006039421A
Authority: DE
Inventors: Carsten Dr. Zahout-Heil
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2007-07-05
Also published as: EP1917508A1; WO2007023169A1; US7975553B2; US20090308165A1

Abstract

Drucksensoreinheit, insbesondere für eine Fahrzeugbremsanlage, mit einem Gehäuse (2), in welchem mindestens ein Sensorelement (1) angeordnet ist, welches einen Verformungskörper (6) und wenigstens ein auf dem Verformungskörper (6) angeordnetes Sensormittel (7) zur Erfassung einer Deformation des Verformungskörpers (6) aufweist, wobei zumindest der Teil des Gehäuses (2), welcher mit dem Sensorelement (1) verbunden ist, und der Teil des Sensorelements (1), welcher mit dem Gehäuse (2) verbunden ist, aus dem gleichen Kunststoff oder aus Kunststoffen mit gleichen oder fast gleichen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten bestehen, oder dass zumindest ein Teil des Gehäuses (2) und ein Teil des Sensorelementes (1) als einteiliges Spritzgussbauteil aus Kunststoff ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drucksensoreinheit gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Messung des Unterdruckes in einem pneumatischen Bremskraftverstärker erfolgt üblicherweise über einen extern angebrachten Sensor. Dieser wird mittels eines Anschlussstückes an den Innenraum des Bremskraftverstärkers angekoppelt. Je nach Ausführung wird der Druck in nur einer oder in beiden Kammern des Bremskraftverstärkers gemessen.

In der WO 02/098718 A1 wird ein Unterdruckbremskraftverstärker einer Fahrzeugbremsanlage mit einer Sensoreinheit zur Sensierung von Drücken offenbart, wobei die Sensoreinheit zwei Sensorelemente in einem gemeinsamen Gehäuse aufweist.

Bekannte Drucksensoren umfassen üblicherweise einen mit Druck beaufschlagbaren Verformungskörper, meist eine, gegebenenfalls auf einem Grundkörper angeordnete, deformierbare Membran oder Druckmessplatte, sowie ein auf dem Verformungskörper angeordnetes Sensormittel, welches die druckabhängige Auslenkung oder Deformation des Verformungskörpers ermittelt. Das Sensormittel kann dabei auf einem kapazitiven oder resistiven Messprinzip beruhen.

Im Falle der Ausbildung des Sensormittels als eine Kondensatorstruktur (kapazitives Messprinzip) befindet sich zumindest eine elektrisch leitende Messelektrode im Bereich der Membranfläche, so dass diese von der verformbaren Membranfläche bewegt wird. Zudem ist eine Gegenelektrode vorhanden, welche am Grundkörper befestigt ist und gemeinsam mit der Messelektrode einen Kondensator bildet. Durch die Druckbeaufschlagung ändert sich die Auslenkung der Membran und damit der Abstand der Kondensatorplatten. Die damit einhergehende Kapazitätsänderung kann als ein Maß für den Druck herangezogen werden. Beispielsweise werden kapazitive Sensoren aus Keramik genutzt, welche mittels Dichtringen an einem Gehäuse angebracht sind und so gegen das Messmedium abgedichtet werden.

Im Falle der Ausbildung des Sensormittels mit druckempfindlichen Widerständen (resistives Messprinzip) sind Widerstandstrukturen auf der Membran (dem Verformungskörper) angebracht, wobei der Widerstandswert von der Verformung bzw. Durchbiegung der Membran abhängt und somit ebenfalls ein Maß für den anliegenden Druck ist. Die verwendeten Verformungskörper sind aus Keramik oder Metall gefertigt. Aus der DE 102 52 023 B3 ist ein Drucksensor bekannt, welcher einen Verformungskörper aus Kunststoff besitzt, der z.B. durch Spritzgießen hergestellt werden kann.

Häufig werden auch monolithische, piezoresistive Dies (Strukturen) verwendet, die mit einem elastischen, silikonhaltigen Kleber auf einem Keramikträger angebracht werden. Häufig ist auch noch ein Bor-Silikat-Glas zwischen piezoresistiver Struktur und Keramikträger angeordnet. Der Messdruck wird dann durch ein Loch im Keramikträger (und gegebenenfalls im Bor-Silikat-Glas) von unten, an die elektrisch nicht aktive Fläche des Sensors eingeleitet. Die Oberseite des Sensorelements muss mit einer ebenfalls silikonhaltigen Vergussmasse gegen Schmutz und Vibrationen geschützt werden.

Aus verschiedenen Gründen ist der Einsatz von Silikon im Bereich des Bremskraftverstärkers unerwünscht. Beispielsweise beeinträchtigt es die Leitfähigkeit von Kontaktoberflächen, was zu Funktionsstörungen des Bremskraftverstärkers führen kann.

Bekannte Drucksensoreinheiten, wie z.B. in der DE 196 37 763 A1 offenbart, umfassen in der Regel ein Gehäuse mit einer Zufuhröffnung für das Druckmedium, dessen Druck zu bestimmen ist. Das Gehäuse der Sensoreinheit wird beispielsweise durch ein Gewinde oder sonstige Befestigungsmittel mit dem zu überwachenden System verbunden. Das Druckmedium wird über die Zuführungsöffnung dem im oder am Gehäuse angeordneten Sensorelement zugeführt. Dabei muss das Sensorelement druckdicht mit dem Gehäuse bzw. dem Keramikträger verbunden sein. Dies geschieht bekannterweise durch Kleben mit einem elastischen Klebemittel, welches Silikon enthält, oder durch Andrücken, z.B. mittels einer Feder, bei gleichzeitiger Abdichtung mit einem Dichtungsmittel, z.B. Dichtungsring.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Drucksensoreinheit bereitzustellen, welche eine einfache und kostengünstige und gleichzeitig druckdichte, haltbare und insbesondere silikonfreie Verbindung von Gehäuse und Sensorelement besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Drucksensoreinheit gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung geht dabei von der Idee aus, dass das Gehäuse und das Sensorelement bzw. zumindest der Teil des Gehäuses, welcher mit dem Sensorelement verbunden ist, und der Teil des Sensorelements, welcher mit dem Gehäuse verbunden ist, aus dem gleichen Kunststoff oder aus Kunststoffen mit gleichen oder fast gleichen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten bestehen. Dadurch wird es einfacher, Gehäuse und Sensorelement miteinander zu verbinden. Es eröffnen sich neue technische Möglichkeiten der Verbindung. Gehäuse und Sensorelement bzw. Teile von Gehäuse und Sensorelement können sogar, was bevorzugt ist, als ein einteiliges Spritzgussteil ausgebildet sein.

Es ist bevorzugt, dass das Gehäuse und das Sensorelement unelastisch miteinander verbunden sind. Dies wird dadurch technisch sinnvoll, da das Gehäuse und das Sensorelement vorzugsweise aus dem gleichen Material oder Materialien mit ähnlichen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten bestehen, so dass auf eine elastische Verbindung, welche Verspannungen zwischen den beiden Teilen ausgleicht, verzichtet werden kann.

Um eine druckdichte und haltbare Verbindung zwischen Gehäuse und Sensorelement ohne Verwendung von zusätzlichen Dichtungsmitteln zu realisieren, werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform das Gehäuse und das Sensorelement durch Schweißen, Kleben, Anspritzen, Umspritzen oder Umgießen unelastisch miteinander verbunden.

Bevorzugt werden das Gehäuse und das Sensorelement durch ein silikonfreies Klebemittel miteinander verbunden. Hierdurch ist eine Verwendung der Drucksensoreinheit in einer Umgebung möglich, in welcher kein Silikon verwendet werden darf.

Das Gehäuse und das Sensorelement werden vorzugsweise durch Laser- oder Ultraschallschweißen miteinander verbunden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Drucksensoreinheit sind das Gehäuse und der Verformungskörper des Sensorelementes als ein einteiliges Spritzgussbauteil ausgebildet. Hierdurch ist ein nachträgliches Verbinden des Gehäuses mit dem Verformungskörper nicht mehr nötig.

Bei der einteiligen Ausführungsform von Gehäuse und Verformungskörper wird das Sensormittel bevorzugt nach Fertigung des Spritzgussbauteils durch Beschichtung auf den Verformungskörper aufgebracht.

Gemäß einer Weiterbildung der Drucksensoreinheit sind das Sensormittel und gegebenenfalls eine Auswerteschaltung auf dem Verformungskörper aufgedruckt und/oder aufgedampft und/oder aufgesputtert.

Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil liegt darin, dass kein silikonhaltiges Klebemittel, welches durch Ausgasung die Oberflächen anderer Komponenten verunreinigen kann, zur Verbindung von Gehäuse und Sensormittel verwendet werden muss. Des Weiteren ist es ein Vorteil der erfindungsgemäßen Drucksensoreinheit, dass kein zusätzliches, Mehrkosten verursachendes Dichtungsmittel verwendet werden muss.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung anhand von Figuren.

Es zeigen

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drucksensoreinheit, und

2 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drucksensoreinheit.

Die Erfindung beschäftigt sich mit der Verbindung eines Sensorelementes an das Gehäuse des Drucksensors. Bei den bekannten Drucksensoren muss, bedingt durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten des Sensors und des Sensorträgers (Gehäuse oder Leiterplatte), die Verbindungsstelle elastisch ausgeführt werden. Bisher erfolgte dies durch Kleben oder Dichtungen.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Polymer als Sensormaterial aber auch als Gehäusematerial, wobei das gleiche Material oder Materialien mit ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten verwendet wird, bieten sich neue Möglichkeiten der Verbindung.

In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drucksensoreinheit dargestellt. Sensorelement 1, welches aus einem Polymer besteht, ist durch Schweißen mit Gehäuse 2 (Unterseite) verbunden. So ist eine druckdichte Verbindung hergestellt. Schweißverbindung 3 zwischen Sensorelement 1 und Gehäuse 2 kann durch Laser- oder Ultraschallschweißen hergestellt werden. Sensorelement 1 ist über Bondverbindung 4 mit Platine 5 verbunden, auf welcher elektrische Schaltungen angeordnet sind.

Da Sensorelement 1 und Gehäuse 2 aus dem gleichen Material oder aus zwei Materialien mit gleichem oder ähnlichem Ausdehnungskoeffizienten gefertigt werden, kann die Verbindungsstelle in einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches nicht gesondert dargestellt ist, auch unelastisch durch Kleben ausgeführt sein. Es kommen also auch Kleber ohne Silikonanteil in Frage. Dies ermöglicht die Nutzung der beispielgemäßen Sensoreinheit auch für silikonfreie Einsatzgebiete.

In 2 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drucksensoreinheit dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel besteht in der völligen Integration von Sensorelement 1' und Gehäuse 2'. In einem ersten Arbeitsschritt wird Gehäuse 2' und Verformungskörper 6 als ein Spritzgussteil hergestellt (2a). Danach erfolgt die Beschichtung von Verformungskörper 6 mit resistiven Strukturen (Sensormittel) 7 (2b). Der Arbeitsschritt des Verbindens von Sensorelement 1' und Gehäuse 2' entfällt dadurch. Anschließend werden die Primärelektronik, z.B. als Platine 5', und die notwendigen Bondverbindungen 4' angebracht (2c).

Durch Verwendung von gleichen Materialien bzw. Materialien mit ähnlichem Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten für Gehäuse und Sensor(elemnet) kann also die Verbindung zwischen beiden unelastisch („hart„) ausgeführt werden. Dies eröffnet die oben beschriebenen Füge-Möglichkeiten Schweißen, Kleben, Einteil-Spritzgießen sowie Anspritzen oder Umspritzen.

Claims

Drucksensoreinheit, insbesondere für eine Fahrzeugbremsanlage, mit einem Gehäuse (2), in welchem mindestens ein Sensorelement (1) angeordnet ist, welches einen Verformungskörper (6) und wenigstens ein auf dem Verformungskörper (6) angeordnetes Sensormittel (7) zur Erfassung einer Deformation des Verformungskörpers (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Teil des Gehäuses (2), welcher mit dem Sensorelement (1) verbunden ist, und der Teil des Sensorelements (1), welcher mit dem Gehäuse (2) verbunden ist, aus dem gleichen Kunststoff oder aus Kunststoffen mit gleichen oder fast gleichen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten bestehen, oder dass zumindest ein Teil des Gehäuses (2) und ein Teil des Sensorelementes (1) als einteiliges Spritzgussbauteil aus Kunststoff ausgebildet ist.
Drucksensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) und das Sensorelement (1) unelastisch miteinander verbunden sind.
Drucksensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) und das Sensorelement (1) durch Schweißen, Kleben, Anspritzen, Umspritzen oder Umgießen miteinander verbunden sind.
Drucksensoreinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) und das Sensorelement (1) durch ein silikonfreies Klebemittel miteinander verbunden sind.
Drucksensoreinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) und das Sensorelement (1) durch Laser- oder Ultraschallschweißen miteinander verbunden sind.
Drucksensoreinheit nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) und der Verformungskörper (6) des Sensorelements (1) aus dem gleichen Kunststoff oder aus Kunststoffen mit gleichen oder fast gleichen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten bestehen.
Drucksensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) und der Verformungskörper (6) des Sensorelementes als einteiliges Spritzgussbauteil ausgebildet ist.
Drucksensoreinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormittel (7) nach Fertigung des Spritzgussbauteils durch Beschichtung auf den Verformungskörper (6) aufgebracht wird.
Drucksensoreinheit nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormittel (7) auf dem Verformungskörper (6) aufgedruckt und/oder aufgedampft und/oder aufgesputtert ist und/oder dass das Sensormittel (7) mit einer Auswerteschaltung (5), insbesondere über eine Bondverbindung (4), verbunden ist.