DE202009003574U1

DE202009003574U1 - Leiterplatte und Vorrichtung mit einer solchen Leiterplatte

Info

Publication number: DE202009003574U1
Application number: DE200920003574
Authority: DE
Original assignee: Erue Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: Erue Kunststofftechnik GmbH
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2019-03-17
Also published as: WO2010105800A3; WO2010105800A2; WO2010105800A8

Abstract

Leiterplatte (5; 5') mit einem abgegrenzten und gegenüber dem Rest der Leiterplatte (5; 5') elastisch verformbar ausgebildeten Sensorbereich (6; 6'), der einer zu messenden Größe ausgesetzt ist, sowie mit einer mindestens teilweise auf der Leiterplatte (5; 5') angeordneten Schaltung zur Messung des Grades und/oder der Richtung der Verformung des Sensorbereichs (6; 6') mit Hilfe elektrischer Größen, wobei im Sensorbereich (6; 6') ein Widerstand (9) mit einem bei mechanischer Verformung sich ändernden Widerstandswert angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorbereich (6; 6') eine Erhöhung (10; 16) aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich zunächst auf eine Leiterplatte, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher umrissen ist.
Eine derartige Leiterplatte ist bekannt aus der EP 1 931 184 A2 und kann in sehr vielfältiger Art eingesetzt werden; diesbezüglich wird auf die Erläuterungen in dieser Druckschrift verweisen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Ausführung, bei der eine Verbiegung des zumindest etwas biegbaren Sensorbereichs zu einer Widerstandsänderung führt. Diese kann dann zur Ermittlung eines Messwerts, zur Erzeugung eines Schaltsignals oder sonstwie genutzt werden. Als Leiterplatten schlägt der Stand der Technik starre, sog. gedruckte Schaltungen oder Multilayer-Leiterplatten vor.
Beim genannten Stand der Technik ist der biegbare Sensorbereich, sei er als biegbarer Balken einer starren Schaltung oder als frei liegender flexibler Leiter einer Multilayer-Leiterplatte ausgebildet, völlig in der Ebene der Leiterplatte angeordnet. Zu seiner gewünschten, wenn auch oft nur geringfügigen Auslenkung ist gewissermaßen eine punktförmige Last zu übertragen. Dies erfolgt beim Stand der Technik mittels eines Stößels an einer Membran einer Druckmessdose oder mittels eines Nockens an einer Welle oder auch mittels eines besonderen Vorsprungs an einem beliebigen Körper. Hier setzt die Erfindung an.
Der Erfindung liegt das Bestreben zu Grunde, eine Leiterplatte der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei der an dem die Biegekraft zu übertragenden oder aufzubringenden Körper keine besondere Ausformung, wie äußerer Stößel oder dergleichen, erforderlich ist.
Ausgehend von einer Leiterplatte mit einem abgegrenzten und gegenüber dem Rest der Leiterplatte elastisch verformbar ausgebildeten Sensorbereich, der einer zu messenden Größe ausgesetzt ist, sowie mit einer mindestens teilweise auf der Leiterplatte angeordneten Schaltung zur Messung des Grades und/oder der Richtung der Verformung des Sensorbereichs mit Hilfe elektrischer Größen, wobei im Sensorbereich ein Widerstand mit einem bei mechanischer Verformung sich ändernden Widerstandswert angeordnet ist, schlägt die Erfindung daher vor, dass der Sensorbereich eine Erhöhung aufweist.
Gemäß der Erfindung wird der in aller Regel wie die übrige Leiterplatte planebene Sensorbereich mit einer Erhöhung versehen. Aus der ebenen Leiterplatte steht also im Sensorbereich eine Erhöhung hervor. Falls sich im Sensorbereich schon ein aufbauendes elektrisches Bauteil befindet, wie z. B. der genannte Widerstand, so soll die vorgeschlagene Erhöhung größer sein als die Höhe dieses Bauteils. Wenn sich nun ein Körper dem Sensorbereich etwa planparallel nähert, trifft er zunächst auf die Erhöhung. Bei weiterer Annäherung übt der Körper über die Erhöhung auf den Sensorbereich eine Kraft aus, unter der sich der elastisch verformbare Sensorbereich mitsamt dem Widerstand verbiegt. Es ist also nicht mehr erforderlich, dass der Körper irgend einen besonderen Vorsprung, etwa in Form eines Stößels, aufweist. Folglich können einfache, oft vorkommende Körper, insbesondere Körper mit einer im Wesentlichen geraden, flachen oder ebenen Oberfläche zur Betätigung, also zum Verbiegen des Sensorbereichs, verwendet werden.
Die Erfindung ermöglicht nun, den Sensorbereich zum Abtasten nahezu beliebiger Körpern einzusetzen, vorausgesetzt, diese Körper haben nur eine in etwa gerade, oder flache oder ebene oder auch konvexe Oberfläche. Die Erfindung erschließt somit neue Einsatzmöglichkeiten des Sensorbereichs, da solche Körper in vielfältiger Form vorhanden sind und der neue Sensorbereich folglich keinerlei Formänderung an den besagten Körpern erfordert.
Die Erhöhung muss nur eine Art Vorsprung des Sensorbereichs sein, der im Stande ist, die Biegekraft zu übertragen. Sie kann daher von sehr unterschiedlicher Art und Form sein.
Wenn das Material der Leiterplatte es erlaubt, kann die Erhöhung in einfachster Weise durch eine nach oben gerichtete Verformung der Leiterplatte gebildet sein. Diese Verformung kann z. B. in Form einer bloßen Abwinkelung oder eines aus der Ebene der Leiterplatte heraus gedrückten, z. B. teilkugelförmigen Buckels hergestellt sein.
Die Erhöhung kann aber auch durch ein auf die oder an der Leiterplatte aufgebrachtes Bauteil gebildet sein, das mit der Leiterplatte druckfest verbunden ist. Mit druckfest ist hier jede Befestigungsart gemeint, die im Stande ist, die bei der Verbiegung an dem Bauteil auftretende Druckkraft zu übertragen. Entsprechend kann das hierzu verwendete Bauteil von sehr unterschiedlicher Art und Form sein.
So kann das Bauteil z. B. durch Formschluss oder Kraftschluss mit der Leiterplatte verbunden sein. Die erforderliche feste Verbindung kann so mittels Klemmen, Verriegeln, Einknöpfen oder dergleichen sicher gestellt, aber auch wieder gelöst werden, wenn diese gewünscht wird, z. B. zum Austausch nach Verschleiß.
Das Bauteil kann aber auch mit der Leiterplatte unlösbar verbunden sein, insbesondere wenn im speziellen Anwendungsfall an der Erhöhung nur ein geringer mechanischer Verschleiß zu erwarten ist. Eine solche unlösbare Verbindung ist z. B. durch Verkleben oder Verlöten erzielbar oder dadurch, dass das Bauteil selbst aus einer erstarrten Flüssigkeit oder Paste besteht. Das Bauteil kann somit gewissermaßen auch in Form eines Tropfens aus schnell aushärtendem Kunststoff aufgebracht werden.
Wird die Leiterplatte mit elektrischen Bauteilen verlötet, so bietet es sich an, auch das die Erhöhung bildende Bauteil im selben Arbeitsgang mit auf den Sensorbereich aufzulöten. Es ist sogar möglich, dass die Erhöhung nur aus einem Lot besteht.
Die mechanisch feste Verbindung des Bauteils mit dem verformbaren Sensorbereich kann in den vorgenannten Fällen dadurch gesichert sein, dass die Flüssigkeit oder Paste bzw. das Lot eine Öffnung im Sensorbereich zumindest teilweise ausfüllt. Hierdurch ist eine mechanisch feste Verankerung erzielbar.
Die Erfindung ermöglicht weiterhin, dass der Sensorbereich als ein- oder zweiseitig mit der übrigen Leiterplatte verbundener Biege- oder Torsionsbalken ausgebildet ist.
Zur Erfüllung der Grundfunktion des Sensorbereichs genügt es, wenn die Leiterplatte zumindest im Sensorbereich als starre oder zumindest biegesteife Leiterplatte ausgebildet ist. Die Erfindung ist aber nicht auf starre Leiterplatten beschränkt, sie ist auch bei flexiblen Schaltungen, insbesondere auch bei flexiblen oder kombinierten, sog. starr-flexiblen gedruckten Schaltungen anwendbar. Dann kann vorgesehen werden, dass die Leiterplatte im Sensorbereich als dünne flexible Leiterplatte ausgebildet ist und eine elastisch verformbare Versteifung aufweist. Neben den bekannten gedruckten Leiterplatten kommen z. B. auch sog. laminierte Schaltungen in Frage. Nötig ist nur ein zumindest etwas elastisch ausgebildeter, also flexibler Sensorbereich, der wie beim Stand der Technik auch zwei elastische Abschnitte umfassen kann.
Eine Leiterplatte nach der Erfindung kann sehr vielseitig eingesetzt werden. In Weiterbildung der Erfindung kann die Leiterplatte auch zur sog. Belegerkennung eingesetzt werden. Bei der Belegerkennung wird erkannt, ob ein bestimmter Gegenstand oder Körper einen vorbestimmten Platz eingenommen hat oder nicht. Mit Hilfe einer mit der Leiterplatte verbundenen elektrischen oder elektronischen Auswertschaltung kann der jeweilige momentane Zustand signalisiert werden. Daher umfasst die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Anzeige des Vorhandenseins eines Gegenstands, gekennzeichnet durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Leiterplatte.
In besonderem Maße vorteilhaft herstellbar ist eine Vorrichtung zur Anzeige des Vorhandenseins eines auf einer Platte oder an einer Wand befindlichen festen Körpers oder Gegenstands, die dadurch gekennzeichnet ist, dass an der der Erhöhung gegenüber liegenden Seite der Leiterplatte zumindest im Bereich des Sensorbereichs ein Luftraum angeordnet ist. Dann kann der Sensorbereich bzw. der Biege- oder Torsionsbalken bei seiner Verformung in diesen Luftraum ausweichen. Der besagte Luftraum kann entweder der ohnehin vorhandene, zur freien Verfügung stehende Luftraum sein oder durch eine Ausnehmung oder dergleichen in einem dem Sensorbereich benachbarten Körper hergestellt sein.
Eine Variante einer vorgenannten Vorrichtung besteht darin, dass in der Platte oder Wand eine Durchgangsöffnung vorhanden ist, dass auf einer Seite der Platte oder Wand die Leiterplatte angeordnet ist und dass ein Teil der Leiterplatte und/oder die Erhöhung des Sensorbereichs die Durchgangsöffnung mit Spiel so durchdringt, dass zumindest die Erhöhung aus der anderen Seite der Platte oder Wand etwas herausragt. Die beiden vorgenannten Vorrichtungen können z. B. zur Überwachung eines Lagerbestandes, zur Diebstahlsicherung und zu ähnlichen Zwecken eingesetzt werden.
Wenn der zu überwachende Gegenstand auf einem Untergrund steht oder liegt, wird zur Abtastung vorgesehen, dass bei der Vorrichtung die Durchgangsöffnung zumindest nahezu senkrecht verläuft. Ein Entfernen des Gegenstandes weg von dem etwa waagerechten Untergrund löst dann ein Anzeigesignal aus.
Wenn der zu überwachende Gegenstand unmittelbar an einer Wand, also etwa senkrecht verlaufend, gelagert ist, kann zur Überwachung vorgesehen werden, dass bei der Vorrichtung die Durchgangsöffnung zumindest nahezu waagerecht verläuft. Ein Entfernen des Gegenstandes weg von der Wand führt dann zur Erzeugung eines Anzeigesignals.
In kinematischer Umkehrung können die Vorrichtung und ihre elektrische Schaltung auch so angeordnet sein, dass der Sensorbereich durch den Gegenstand schon in der Ausgangsstellung durchgebogen ist und erst durch Entfernen des Gegenstands der Sensorbereich sich in die Ebene der übrigen Leiterplatte zurück biegt und dann das Signal liefert.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind auch der zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellenden Zeichnung und deren nachfolgenden Beschreibung entnehmbar.
1 zeigt in vereinfachter Darstellung eine erste Ausführung der Erfindung anhand eines Querschnitts durch eine Vorrichtung, bei welcher die Leiterplatte unterhalb einer Platte angeordnet und der Sensorbereich der Leiterplatte durch das Gewicht eines auf der Platte stehenden Gegenstandes durchgebogen ist.
2 zeigt eine Draufsicht auf eine Leiterplatte nach 1, jedoch in größerem Maßstab und ohne Platte und ohne Gegenstand.
3 zeigt eine Teildarstellung der 1, jedoch in größerem Maßstab und ohne den Gegenstand, also in entspanntem Zustand des Sensorbereichs.
4 zeigt in vereinfachter Darstellung eine zweite Ausführung der Erfindung, entsprechend der 3, bei der die Leiterplatte oberhalb einer Platte angeordnet ist.
In 1 ist ein Längsschnitt durch eine Platte 1 dargestellt, in der eine Vertiefung 2 zur Aufnahme eines Körpers oder Gegenstandes 3, wie etwa einer Flasche, eingeformt ist. An der Unterseite 4 ist eine flache, planebene und im Wesentlichen starre Leiterplatte 5 angebracht, z. B. mittels Kleben. Die Leiterplatte 5 ist mit nicht dargestellten elektrischen Bauteilen einer Schaltung bestückt und umfasst, vergleiche 2, einen abgegrenzten und gegenüber dem Rest der Leiterplatte 5 elastisch verformbar ausgebildeten Sensorbereich 6. Hierzu umfasst der Sensorbereich 6 einen zungenartigen Biegebalken 7, der hier durch eine U-förmige Ausnehmung 8 nur noch rechts mit der übrigen Leiterplatte 5 verbunden ist. Infolge seiner Ausbildung nach Art eines Kragbalkens ist der Biegebalken 7 zumindest etwas durchbiegbar, wie in 1 angedeutet. Die Durchbiegung kann, je nach Ausbildung der Leiterplatte 5, variieren und z. B. in einem Bereich von unter einem bis einigen Millimetern liegen.
Des weiteren umfasst der Sensorbereich 6 zwei Widerstände 9, die im Biegebereich des Biegebalkens 7 liegen und mit den erwähnten weiteren, nicht dargestellten elektrischen Bauteilen einer Auswertschaltung verbunden sind.
Nahe dem freien Ende des Biegebalkens 7 ist der Sensorbereich 6 mit einer Erhöhung versehen, die hier aus einem kurzen, stabförmigen Bauteil 10 besteht, das oben abgerundet ist. Das Bauteil 10 ist mit dem Biegebalken 7 verklebt, durchdringt mit Spiel eine senkrechte Durchgangsöffnung 11 im Boden 12 der Vertiefung 2 der Platte 1 und ragt in unbelastetem Zustand etwas über die Oberseite 13 des Bodens 12, vergleiche 3. In 2 ist die Durchgangsöffnung 11 nur strichpunktiert angedeutet.
In 1 ist erkennbar, dass der Gegenstand 3 mit seiner – zumindest am Rand – ebenen Unterseite 14 auf dem Bauteil 10 aufliegt. Das Bauteil 10 bewegt sich durch die Durchgangsöffnung 11 nach unten und leitet die auf ihn einwirkende Gewichtskraft auf den Biegebalken 7 und verbiegt ihn dadurch nach unten.
In 1 ist dieser Endzustand, der gebogene Zustand es Biegebalkens 7, dargestellt, bei dem die die Widerstände 9 nutzende, erwähnte Auswertschaltung signalisiert: Der Gegenstand 3 ist an seinem Platz.
In 3 ist der Zustand gezeigt, bei dem der Biegebalken 7 entspannt ist, da der in 1 gezeigte Gegenstand 3 entfernt ist. Der nun entspannte Zustand des Biegebalkens 7 wird über die Widerstände 9 erfasst, und die Auswertschaltung signalisiert: Der Gegenstand 3 ist nicht an seinem Platz.
In 4 ist eine andere Ausbildung und Anordnung einer Leiterplatte 5' dargestellt. Die Leiterplatte 5' ist hier auf der Oberseite 13' einer Platte 1' angeordnet. Der Leiterplatte 5' ist im Sensorbereich 6' ein Biegebalken 7' angeformt, und zwar oberhalb einer weiteren Vertiefung 15 im Boden 12'. Als Erhöhung dient ein Lot 16, das sich nach dem Erkalten etwa teilkugelförmig ausgebildet hat. Bei einer Belastung durch einen aufgesetzten Gegenstand, wie etwa in 1, kann der Biegebalken 7' aus der Unterseite 17 in die Vertiefung 15 des Bodens 12' hinein ausweichen und somit die Widerstände 9 beeinflussen.

1, 1': Platte
2: Vertiefung
3: Gegenstand
4: Unterseite
5, 5': Leiterplatte
6, 6': Sensorbereich
7, 7': Biegebalken
8: Ausnehmung
9: Widerstand
10: Bauteil
11: Durchgangsöffnung
12, 12': Boden
13, 13': Oberseite
14: Unterseite
15: Vertiefung
16: Lot
17: Unterseite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1931184 A2 [0002]

Claims

Leiterplatte (5; 5') mit einem abgegrenzten und gegenüber dem Rest der Leiterplatte (5; 5') elastisch verformbar ausgebildeten Sensorbereich (6; 6'), der einer zu messenden Größe ausgesetzt ist, sowie mit einer mindestens teilweise auf der Leiterplatte (5; 5') angeordneten Schaltung zur Messung des Grades und/oder der Richtung der Verformung des Sensorbereichs (6; 6') mit Hilfe elektrischer Größen, wobei im Sensorbereich (6; 6') ein Widerstand (9) mit einem bei mechanischer Verformung sich ändernden Widerstandswert angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorbereich (6; 6') eine Erhöhung (10; 16) aufweist.
Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung durch eine nach oben gerichtete Verformung der Leiterplatte gebildet ist.
Leiterplatte (5; 5') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung durch ein auf die oder an der Leiterplatte aufgebrachtes Bauteil (10; 16) gebildet ist.
Leiterplatte (5; 5') nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10; 16) mit der Leiterplatte (5; 5') mechanisch fest verbunden ist.
Leiterplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil durch Formschluss oder Kraftschluss mit der Leiterplatte verbunden ist.
Leiterplatte (5; 5') nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10; 16) mit der Leiterplatte (5; 5') unlösbar verbunden ist.
Leiterplatte (5') nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (16) aus einer erstarrten Flüssigkeit oder Paste besteht.
Leiterplatte (5') nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil aus einem Lot (16) besteht.
Leiterplatte nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit oder Paste bzw. das Lot eine Öffnung der Leiterplatte zumindest teilweise ausfüllt.
Leiterplatte (5; 5') nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorbereich (6; 6') als ein- oder zweiseitig mit der übrigen Leiterplatte (5 5') verbundener Biege- oder Torsionsbalken (7; 7') ausgebildet ist.
Leiterplatte (5; 5') nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (5; 5') zumindest im Sensorbereich (6; 6') als starre oder biegesteife Leiterplatte (5; 5') ausgebildet ist.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte zumindest im Sensorbereich als flexible Leiterplatte ausgebildet ist und eine elastisch verformbare Versteifung aufweist.
Vorrichtung zur Anzeige des Vorhandenseins eines Gegenstands, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Leiterplatte (5; 5') nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Vorrichtung nach Anspruch 13 zur Anzeige des Vorhandenseins eines auf einer Platte (1') oder an einer Wand befindlichen festen Körpers oder Gegenstands, dadurch gekennzeichnet, dass an der der Erhöhung (16) gegenüber liegenden Seite der Leiterplatte (5') zumindest im Bereich des Sensorbereichs (6') ein Luftraum (15) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13 zur Anzeige des Vorhandenseins eines auf einer Platte (1) oder an einer Wand befindlichen festen Körpers oder Gegenstandes (3), dadurch gekennzeichnet, dass in der Platte (1) oder Wand eine Durchgangsöffnung (11) vorhanden ist, dass auf einer Seite (4) der Platte (1) oder Wand die Leiterplatte (5) angeordnet ist und dass ein Teil der Leiterplatte (5) und/oder die Erhöhung (10) des Sensorbereichs (6) die Durchgangsöffnung (11) mit Spiel so durchdringt, dass zumindest die Erhöhung (10) aus der anderen Seite (13) der Platte (1) oder Wand etwas herausragt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (11) zumindest nahezu senkrecht verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung zumindest nahezu waagerecht verläuft.