DE4314296A1

DE4314296A1 - Sensor unit with holding clip

Info

Publication number: DE4314296A1
Application number: DE19934314296
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Morsch
Original assignee: Hydac Electronic GmbH
Current assignee: Hydac Electronic GmbH
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1993-04-30
Publication date: 1994-11-03

Abstract

The invention relates to a sensor unit having a sensor (10) exhibiting a housing part 12 and having an electronic board 26 processing the sensor signals, the latter being electrically conductively connected to the housing part 12 of the sensor 10 via a holding part. This facilitates the production of the sensor unit, on the one hand, and, on the other hand, a reliable and optimum electromagnetic compatibility is achieved by a good earth connection. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit mit einem ein Gehäu seteil aufweisenden Sensor und mit einer die Sensorsignale verarbeitenden Elektronikplatine.The invention relates to a sensor unit with a housing seteil having sensor and with a the sensor signals processing electronics board.

Dahingehende Sensoreinheiten dienen unter anderem als Druck- und Temperaturmeßumformer. Bei den bisher bekannten Sensorein heiten wurden die Anschlüsse des eigentlichen Sensors an die Elektronikplatine angeschlossen, diese Einheit mit einem Gehäusemantel umgeben und anschließend mit einer geeigneten Vergußmasse versehen. Diese Vergußmasse bewirkt zwar eine Dämpfung der angesprochenen Einheit gegen Schock und Vibra tion, die Handhabbarkeit dieser bekannten Lösung im Ferti gungsprozeß ist jedoch bei weitem nicht optimal. Im übrigen muß durch eine aufwendige separate Verbindung zwischen Elektronik und Gehäuse ein Massebezug der Entstörbauelemente erreicht werden, wenn gute EMV-Eigenschaften erreicht werden sollen.These sensor units serve, among other things, as pressure and temperature transducers. In the previously known sensors The connections of the actual sensor to the Electronics board connected, this unit with one Surround the casing and then with a suitable one Potting compound. This potting compound causes one Damping the addressed unit against shock and vibra tion, the manageability of this known solution in ferti However, the supply process is far from optimal. Furthermore must be through a complex separate connection between Electronics and housing a ground reference of the interference suppression components can be achieved if good EMC properties are achieved should.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Sensoreinheiten dahingehend zu verbessern, daß sie zum einen in der Fertigung leichter hand habbar sind und zum anderen die elektromagnetische Verträg lichkeit sicher und optimal durch gute Masseverbindung er reicht wird. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Sensoreinheit mit den Merkmalen des Anspruches 1.Based on this prior art, the invention lies Task based on the known sensor units improve that they are easier to handle on the one hand in production are available and secondly the electromagnetic contract safe and optimal thanks to good earth connection is enough. A sensor unit solves this task with the features of claim 1.

Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 die Elektronikplatine mit dem Gehäuseteil des Sensors über ein Halteteil verbunden ist, ist eine sichere mechanische Verbin dung der Elektronikplatine mit dem Sensorteil geschaffen. Dank dieser Verbindung ist das Handling im Fertigungsablauf verein facht, denn die beiden Teile nehmen eine genau definierte Lage zueinander ein, was der Vollautomatisierung der Fertigung zugute kommt. Durch die feste mechanische Verbindung ist die empfindliche Elektronikplatine durch die derart gegebene resistente Kopplung gegen extreme Vibrationen und Schockbela stungen geschützt.Characterized in that according to the characterizing part of claim 1 the electronics board with the housing part of the sensor Holding part is connected, is a secure mechanical connection created the electronics board with the sensor part. thanks this connection combines handling in the production process fold, because the two parts take a precisely defined position to each other what the full automation of manufacturing benefits. Due to the firm mechanical connection sensitive electronics board through the given resistant coupling against extreme vibrations and shock loads protected.

Dadurch, daß ferner gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspru ches 1 das Halteteil elektrisch leitend ist, läßt sich das Gehäusepotential des Sensors elektrisch mit den Entstörbauele menten der Platine und mit dem Schirmanschluß der Steckverbin dung der Sensoreinheit sicher verbinden. Aufgrund dieser hergestellten elektrischen Verbindung zwischen Sensorgehäuse und Elektronik sind auch extreme Anforderungen an die EMV-Si cherheit von elektronischen Geräten, insbesondere in Form der Sensoren, erfüllt.The fact that also according to the characterizing part of the Anspru ches 1 the holding part is electrically conductive, it can Housing potential of the sensor electrically with the interference suppressor elements of the board and with the shield connection of the plug connector Connect the sensor unit connection securely. Based on these established electrical connection between the sensor housing and electronics are also extreme demands on the EMC-Si security of electronic devices, especially in the form of Sensors, met.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinheit ist das Halteteil aus einem Haltebügel gebildet, der zwei diametral einander gegenüberliegende Haltearme auf weist, die für einen Eingriff der Elektronikplatine jeweils mit einer Schlitzführung versehen sind. Das dahingehende Halteteil ist kostengünstig herstellbar und bildet eine für das Montagehandling sehr steife Verbindung von Sensor zur Elektronikplatine aus. Die Haltearme des Haltebügels verfügen über Federeigenschaften, die eine gute Dämpfung gegen Schock und Vibration bewirken.In a preferred embodiment of the invention Sensor unit, the holding part is formed from a holding bracket, of the two diametrically opposite holding arms points that for an engagement of the electronics board each are provided with a slot guide. The passing Holding part is inexpensive to manufacture and forms one for assembly handling very rigid connection from sensor to Electronics board. The holding arms of the bracket have about spring properties that provide good shock absorption and cause vibration.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungs gemäßen Sensoreinheit ist mindestens einer der beiden Haltear me mit einer Kontaktfahne versehen, die mittels einer Nietver bindung, vorzugsweise in Form eines Kunststoffnietes, mit der Elektronikplatine verbunden ist. Die Wärmeabführung der Ver lustleistung eines Abgangstransistors auf der Elektronikpla tine läßt sich aber die Koppelfläche in Form der Kontaktfahne des Haltebügels, vorzugsweise durch die am Transistor fixierte Nietverbindung, in optimaler Weise erreichen. Diese Wärmeabfuhr erlaubt die Ausgangsstufe der Sensorelektronik, in der Ver lustleistungen von 0,5 bis 1 W entstehen, entsprechend zu kühlen. Bei den heutigen elektronischen Bauelementen ist es zwar möglich, derartige Verlustleistungen unter Einbeziehung der Platinenfläche ohne Zusatzkühlung zu betreiben. Dies hat aber eine deutliche Aufheizung der Platine zur Folge und diese Erwärmung führt zu einer Beeinflussung der elektronischen Verstärkerschaltung. Es entstehen dadurch Temperaturdriften im Hinblick auf den Nullpunkt und die Meßspanne in relevantem Umfang, jeweils in Abhängigkeit der Endstufenverlustleistung. Die erfindungsgemäß vorgesehene Wärmeabfuhr über den Haltebü gel stellt eine geeignete Kühlung dar und vermeidet diesen Effekt.In a further preferred embodiment of the Invention According to the sensor unit is at least one of the two Haltear me provided with a contact flag, which is by means of a rivet binding, preferably in the form of a plastic rivet, with the Electronics board is connected. The heat dissipation of the ver pleasure output of an outgoing transistor on the electronics board tine but the coupling surface in the form of the contact tab of the bracket, preferably by the fixed to the transistor Rivet connection, achieve in an optimal way. This heat dissipation allows the output stage of the sensor electronics, in the ver pleasure powers of 0.5 to 1 W arise accordingly cool. It is with today's electronic components although possible, including such power losses to operate the board surface without additional cooling. this has but a significant heating of the board and this Warming affects the electronic Amplifier circuit. This creates temperature drifts in the With regard to the zero point and the span in relevant Scope, depending on the power loss. The heat dissipation provided according to the invention via the Haltbü gel represents a suitable cooling and avoids this Effect.

Eine vorteilhafte Maßnahme zur Qualitätsverbesserung von Sensoren im Punkt Temperaturdrift von Nullpunkt und Spanne stellt die sog. aktive Kompensation dar. Hierzu wird mit einem temperaturempfindlichen Bauelement auf der Elektronikplatine oder dem Sensor direkt eine Erfassung der Temperatur durchge führt. In Abhängigkeit von diesem Signal werden dann schal tungstechnische Korrekturen der Ausgangsgrößen der Sensorelek tronik zur Minimierung des Temperatureffektes durchgeführt. Auch hierbei ist bei der Plazierung des Temperatursensorele mentes auf der Elektronikplatine eine möglichst gute thermi sche Kopplung dieses Sensorenelementes zum eigentlichen Sensor anzustreben, da im wesentlichen eine Kompensation des Sensor elementes herbeigeführt werden soll und erst in zweiter Linie eine Kompensation der Signalelektronik angestrebt wird. Diese Wärmekopplung Sensor-Temperaturkompensationszweig wird durch den erfindungsgemäßen Haltebügel ebenfalls in optimaler Weise erfüllt.An advantageous measure to improve the quality of Sensors in the point of temperature drift from zero point and span represents the so-called active compensation temperature-sensitive component on the electronics board or the sensor directly detects the temperature leads. Depending on this signal then become stale Technical corrections to the output variables of the sensor electronics electronics to minimize the temperature effect. Here too is the placement of the temperature sensor the best possible thermi on the electronic board cal coupling of this sensor element to the actual sensor to strive for, since essentially a compensation of the sensor element should be brought about and only in the second place compensation of the signal electronics is sought. This Heat coupling sensor temperature compensation branch is through the bracket according to the invention also in an optimal manner Fulfills.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Sensoreinheit stehen die beiden Haltearme über eine ringförmige Verbindungsplatte miteinander in Verbindung, die vorzugsweise über eine Buckelschweißung mit dem Gehäuse teil des Sensors verbindbar ist. Diese Art der Schweißung ist automatisierbar, mithin wirtschaftlich und ergibt gute HF-Ei genschaften.In a particularly preferred embodiment of the invention According to the sensor unit, the two holding arms protrude an annular connecting plate in connection with each other, which preferably via a hump weld to the housing part of the sensor is connectable. This type of weld is automatable, therefore economical and results in good HF eggs properties.

Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Further refinements are the subject of the subclaims.

Im folgenden ist die erfindungsgemäße Sensoreinheit anhand der Zeichnung näher erläutert.In the following, the sensor unit according to the invention is based on the Drawing explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 und 2 die über das Halteteil mit dem Sensorgehäuse verbundene Elektronikplatine in Front- bzw. in Seitenansicht; Fig. 1 and 2 connected via the holding part with the sensor housing electronics board in front and in a side view;

Fig. 3 bis 3c eine Front-, Seiten- und Draufsicht sowie ein Detail gemäß dem Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 3b des Halteteiles; . Fig. 3 a to 3c, front, side and plan view and a detail according to the section along the line III-III in Figure 3b of the holder member;

Fig. 4 eine zu einem Druckmeßumformer zusammenge setzte Sensoreinheit. Fig. 4 a put together to a pressure transducer sensor unit.

Wie insbesondere die Fig. 1 und 2 zeigen, weist die Sensorein heit einen Sensor 40 auf, der von einem Gehäuseteil 12 umgeben ist. Das Gehäuseteil 12 verfügt über einen Meßzapfen 14 mit einem Außengewinde 16 und läßt sich mithin per Hand oder mit einem Schraubenschlüssel, der an den Sechskantflächen 18 angreift, in eine Meßstelle (nicht dargestellt) einschrauben. Der Sensor 10 weist ferner ein Sensorelement 20 mit vier Anschlußleitungen 22 auf, die über Litzen 24 angelötet mit einer Elektronikplatine 26 elektrisch leitend verbunden sind.As shown in FIGS. 1 and 2 in particular, the sensor unit has a sensor 40 which is surrounded by a housing part 12 . The housing part 12 has a measuring pin 14 with an external thread 16 and can therefore be screwed into a measuring point (not shown) by hand or with a wrench which acts on the hexagonal surfaces 18 . The sensor 10 furthermore has a sensor element 20 with four connecting lines 22 , which are soldered to an electronic circuit board 26 and are connected in an electrically conductive manner via wires 24 .

Zwischen dem Gehäuseteil 12 des Sensors 10 und der Elektronik platine 26 ist ein Halteteil in Form eines Haltebügels 28 aus elektrisch leitfähigem Material, insbesondere aus dünnem Messingblech, angeordnet. Wie insbesondere die Fig. 3 bis 3b zeigen, weist der Haltebügel 28 zwei diametral einander gegen überliegende Haltearme 30 auf, die für einen Eingriff der Elektronikplatine 26 jeweils mit einer Schlitzführung 32 an ihrem freien Ende versehen sind. Wie insbesondere die Fig. 1 und 2 zeigen, greift die Platine 26 in die jeweilige Schlitz führung 32 randseitig ein und wird dort über eine Weichlötung mit dem Halteteil fest verbunden.Between the housing part 12 of the sensor 10 and the electronics board 26 , a holding part in the form of a bracket 28 made of electrically conductive material, in particular made of thin brass sheet, is arranged. As shown particularly in Fig. 3 show to 3b, the support bracket 28 has two diametrically opposed retaining arms 30 which are each provided for engagement of the electronics board 26 with a slot guide 32 at its free end. As shown in FIGS. 1 and 2 in particular, the board 26 engages in the respective slot guide 32 on the edge side and is firmly connected to the holding part there via soft soldering.

Der in der Fig. 3 gezeigte rechte Haltearm 30 ist mit einer plattenförmigen Kontaktfahne 34 versehen, die mittels einer Nietverbindung in Form eines Kunststoffnietes 36 (s. Fig. 1 und 2) mit der Elektronikplatine 26 verbunden ist.The right holding arm 30 shown in FIG. 3 is provided with a plate-shaped contact tab 34 which is connected to the electronic circuit board 26 by means of a rivet connection in the form of a plastic rivet 36 (see FIGS. 1 and 2).

Die beiden Haltearme 30 stehen über eine ringförmige Verbin dungsplatte 38 miteinander in Verbindung, wobei die Verbin dungsplatte 38 eine kreisförmige Mittenausnehmung 40 für den Durchgriff des Sensoranschlusses 20 aufweist. Auf der Unter seite weist die Verbindungsplatte 38 vier einander diametral gegenüberliegende, nach unten hin vorstehende noppenartige Buckel 42 auf, die, wie dies insbesondere die Fig. 3c zeigt, durch einen Präge- oder Drückvorgang aus der Verbindungsplatte 38 geformt sind. Über einen Schweißvorgang an der Stelle dieser Buckel 42 erfolgt die Verbindung des Haltebügels 28 mit der Oberseite das Sensor-Gehäuseteiles 12. Der Einfachheit halber sind diese Buckel in den Fig. 1, 2 und 4 nicht gezeigt.The two holding arms 30 are connected to one another via an annular connecting plate 38 , the connecting plate 38 having a circular central recess 40 for the passage of the sensor connection 20 . On the underside, the connecting plate 38 has four diametrically opposite, downwardly projecting knob-like humps 42 , which, as shown in particular in FIG. 3c, are formed by an embossing or pressing process from the connecting plate 38 . The holding bracket 28 is connected to the upper side of the sensor housing part 12 by means of a welding process at the location of this projection 42 . For the sake of simplicity, these humps are not shown in FIGS. 1, 2 and 4.

Wie die Fig. 4 zeigt, ist das Gehäuseteil 12 des Sensors 10 mit einem zylindrischen Gehäusemantel 44 verbunden, der die Elek tronikplatine 26 umgibt, wobei der zwischen Gehäusemantel 44 und Elektronikplatine 26 verbleibende Hohlraum 46 mit einer Vergußmasse 48 ausgegossen ist, die am freien Ende der Elek tronikplatine 26 bündig mit dieser abschließt. Die Sensorein heit bildet einen als Ganzes mit 50 bezeichneten Druckmeßum former in Dünnfilm-Technologie aus, der zur Erfassung von Drücken auf den Gebieten der Hydraulik und Pneumatik einsetz bar ist. Über einen Anschluß 52 lassen sich die mittels der Elektronikplatine 26 verarbeitenden Signale über Leitungen 54, die mit der Platine 26 verbunden sind (Fig. 1 und 2), zur einer zentralen Meßwerterfassungsstelle (nicht dargestellt) weiter leiten.As shown in FIG. 4, the housing part 12 of the sensor 10 is connected to a cylindrical housing jacket 44 which surrounds the electronics board 26 , the cavity 46 remaining between the housing jacket 44 and electronics board 26 being poured out with a casting compound 48 , which is at the free end the electronics board 26 is flush with this. The sensor unit forms a pressure measuring transducer, designated as a whole by 50 , in thin-film technology, which can be used to detect pressures in the fields of hydraulics and pneumatics. The processing means of the electronic board 26 signals on lines 54 which are connected to the board 26 via a terminal 52 can be (Fig. 1 and 2), central to a Meßwerterfassungsstelle (not shown) continue to conduct.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion des Haltebügels 28 mit zwei Haltearmen 30 läßt sich die Wärmeabführung auf einem Schenkel des Haltebügels durchführen, wobei über den zweiten Schenkel 30 eine optimale Wärmekopplung der Sensortemperatur zum Temperaturfühler der Kompensationsschaltung erzielbar ist.Due to the inventive construction of the bracket 28 with two holding arms 30 , the heat dissipation can be carried out on one leg of the bracket, with an optimal heat coupling of the sensor temperature to the temperature sensor of the compensation circuit can be achieved via the second leg 30 .

Claims

1. Sensor unit with a housing part ( 12 ) having sensor ( 10 ) and with a processing the sensor signals electronics board ( 26 ), characterized in that the electronics board ( 26 ) with the housing part ( 12 ) of the sensor ( 10 ) via a holding part is electrically connected.

2. Sensor unit according to claim 1, characterized in that the holding part is formed from a holding bracket ( 28 ) which has two diametrically opposed holding arms ( 30 ), each provided with a slot guide ( 32 ) for engagement of the electronics board ( 26 ) are.

3. Sensor unit according to claim 2, characterized in that the holding arms ( 30 ) are connected to the electronic circuit board ( 26 ) by means of soft soldering.

4. Sensor unit according to claim 2 or 3, characterized in that at least one of the two holding arms ( 30 ) is provided with a contact tab ( 34 ) which by means of a rivet connection, preferably in the form of a Kunststoffnie tes ( 36 ), with the electronic circuit board ( 26 ) is connected.

5. Sensor unit according to one of claims 2 to 4, characterized in that the two holding arms ( 30 ) are connected to one another via an annular connecting plate ( 38 ), which preferably have a projection welding with the housing part ( 12 ) of the sensor ( 10 ) is connectable.

6. Sensor unit according to claim 5, characterized in that the connecting plate ( 38 ) has a central recess ( 40 ) for the passage of the sensor connection ( 20 ).

7. Sensor according to any one of claims 1 to 6, characterized is characterized in that the holding part as a stamped or molded part thin sheet, preferably sheet brass, is produced, that has good thermal conductivity.

8. Sensor unit according to one of claims 1 to 7, characterized in that the housing part ( 12 ) of the sensor ( 10 ) with a housing jacket ( 44 ) which surrounds the electronics board ( 26 ) is connected, and that between the housing jacket ( 44 ) and electronics board ( 26 ) remaining cavity ( 46 ) is at least partially poured out with a casting compound ( 48 ).

9. Sensor unit according to one of claims 1 to 8, characterized in that it can be used as a pressure transducer ( 50 ) in thin-film technology in the field of hydraulics and pneumatics.