DE4305439C2 - Umkapselung für einen elektronischen Sensor zur Feldstärkemessung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Umkapselung für einen elektronischen Sensor zur Feld­ stärkemessung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie aus der DE 37 18 172 A1 bekannt ist.

In der elektronischen Steuer- und Regeltechnik werden oft Sensoren eingesetzt, die den Istwert einer elektrischen Größe messen. Diese elektrische Größe kann beispiels­ weise eine elektrische oder eine magnetische Feldstärke sein. Für die Erfassung der magnetischen Feldstärke werden in der Regel Hall-Sensoren verwendet, die einen elektrischen Strom erzeugen, welcher der Flußdichte des jeweiligen Magnetfelds pro­ portional ist. In vielen Fällen ist es erforderlich, derartige Hall-Sensoren dicht über der Oberfläche desjenigen Bauteils anzuordnen, von dem das Magnetfeld ausgeht, um auch noch schwache Felder zu registrieren. Hinzu kommt, daß Hall-Sensoren oft in Umfeldern eingesetzt werden, wo sie leicht verschmutzen können und somit hin­ sichtlich ihrer Meßempfindlichkeit beeinträchtigt werden.

Um elektrische Kabelanschlüsse vor Verschmutzung und Berührung zu schützen, ist bereits ein Kabelanschlußkasten aus Kunststoff für die abgewinkelte Ausführung von Kabeln aus der DE-PS 21 41 064 bekannt. Dieser Anschlußkasten ist jedoch für die Ummantelung von elektronischen Sensoren, die dicht über der Oberfläche eines Bau­ elements angeordnet werden müssen, nicht geeignet.

Eine andere bekannte Umkapselung eines elektronischen Bauelements besteht aus ei­ nem elektrisch nichtleitenden, aber gut wärmeleitenden Material, z. B. aus Porzellan oder Kunststoff. Diese aus der US 40 37 082 Umkapselung ist indessen speziell für die Aufnahme eines PTC-Widerstands ausgelegt und nicht für Sensoren geeignet.

Es ist weiterhin ein Bauteil bekannt, in dem sich ein Hall-Element befindet, welches mit der Oberfläche dieses Bauteils fluchtet. Bei diesem aus der GB 2 081 973 A be­ kannten Bauteil handelt es sich jedoch nicht um eine Umkapselung, sondern um ei­ nen einseitigen Anschluß für das Hall-Element.

Des weiteren ist auch noch eine integrierte Hall-Effektanordnung aus der DE-PS 19 42 810 bekannt, bei der ein Teil eines plattenförmigen Halbleiterkörpers als Hall-Ele­ ment wirksam ist und bei der im restlichen Teil des Halbleiterkörpers ein zum Hall- Element gehörender Hilfskreis integriert ist. Hierbei ist eine Kunststoffhülle vorgesehen, in der an der Unter- und Oberseite des Hall-Elements ei­ ne Ausnehmung vorhanden ist, die sich bis in die Nähe des Halbleiterkörpers er­ streckt. Allerdings handelt es sich bei dieser Kunststoffhülle nicht um ein aufklapp­ bares Gehäuse. Außerdem fluchtet das Hall-Element nicht mit der Oberfläche der Hülle.

Weiterhin ist auch noch eine Umkapselung eines elektronischen Sensors aus der DE 37 03 383 A1 bekannt, die aus einem Gehäuse-Unterteil und einem mit diesem ver­ bindbaren Gehäuse-Oberteil besteht. Hierbei befindet sich im Gehäuse-Unterteil eine Öffnung, durch die der in die Umkapselung eingeführte elektronische Sensor frei­ liegt. Mit dieser Umkapselung ist es nicht möglich, empfindliche elektronische Bau­ elemente vor Verschmutzung und mechanischer Zerstörung zu schützen.

Schließlich ist auch noch eine Halbleiterbaueinheit bekannt, bei der zwei Halbleiter­ bauelemente auf einem gemeinsamen metallischen Grundkörper elektrisch isoliert und thermisch leitend in elektrischer Reihenschaltung angeordnet sind, wobei die Grundplatte Erhebungen oder stift- bzw. höckerförmige Ansätze aufweist, die eine seitliche Verschiebung zu einer Isolierstoffscheibe verhindern sollen (AT 377 386). Als Alternative zu den stift- bzw. höckerförmigen Ansätzen ist eine Vertiefung in der Grundplatte vorgesehen. Diese bekannte Halbleiterbaueinheit betrifft indessen keine Umkapselung mit Gehäuse-Oberteil und Gehäuse-Unterteil, bei der ein elektroni­ sches Bauelement zwischen Ober- und Unterteil eingelegt ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine staub- und feuchtigkeits­ dichte Umkapselung für einen elektronischen Sensor zu schaffen, die überdies kostengünstig hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß ein elektroni­ scher Sensor auf einfache Weise umkapselt werden kann. Hierbei wirken auf das Sensorelement keinerlei Druckkräfte, die es zerstören oder seine Funktion beeinflus­ sen könnten. Durch die am Boden der Umkapselung vorgesehene Vertiefung gelangt das Sensorelement sehr nahe an die zu messende Feldstärke. Würde die ganze Um­ kapselung so dünn ausgeführt wie an der Stelle der Vertiefung, so wäre die Umkapse­ lung mechanisch instabil oder es müßte ein extrem teurer Kunststoff verwendet wer­ den.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer aufgeklappten Umkapselung gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Umkapselung;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die in der Fig. 2 dargestellte Umkapselung;

Fig. 4 eine teilweise aufgebrochene Draufsicht der Umkapselung;

Fig. 5 eine Stirnansicht der Umkapselung;

Fig. 6 einen Querschnitt durch die Umkapselung.

In der Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfin­ dung im aufgeklappten Zustand und ohne den aufzunehmenden Sensor dargestellt. Man erkennt hierbei, daß die Umkapselung 1 aus zwei Teilen 2, 3 besteht, die über ein Scharnier 4 miteinander verbunden sind. Am oberen Rand 5 des Teils 2 befinden sich drei Aussparungen 6, 7, 8 für die Aufnahme von elektrischen Leitungen, denen drei Aussparungen 9, 10, 11 am Rand 12 des Teils 3 entsprechen. Sowohl der Teil 2 als auch der Teil 3 sind mit Seitenwänden 14, 15 bzw. 16, 17 versehen, wobei der Abstand zwischen den Seitenwänden 16, 17 so bemessen ist, daß dann, wenn der Teil 2 nach unten geklappt wird, die Seitenwände 14, 15 von den Seitenwänden 16, 17 umfaßt werden.

Auf dem Teil 2 ist eine Drucknase angeordnet, welche die Form einer geöffneten Klaue 18 hat und die parallel zum Rand 5 ausgerichtet ist. Am Teil 2 ist außerdem ein Steg 19 vorgesehen, der senkrecht auf diesem Teil 2 steht. Der Teil 3 weist eben­ falls einen Steg 20 auf, der jedoch wesentlich weniger hoch als der Steg 19 ist. Un­ mittelbar gegenüber und parallel zu dem Steg 20 verläuft ein weiterer Steg 50. Die Wand 21 des Teils 3 besitzt eine relativ dicke Wandstärke, um auch große Kräfte auf­ nehmen zu können. Mit 13 ist eine Vertiefung im Boden 22 des Teils 3 bezeichnet, die auf zwei gegenüberliegenden Seiten von jeweils zwei parallelen Stegen 23, 24 bzw. 25, 26 begrenzt ist. Die beiden anderen einander gegenüberliegenden Seiten werden von jeweils einem Steg 27, 28 begrenzt.

In der Fig. 2 ist ein Hall-Sensor-Element 29 gestrichelt in der zusammengeklappten Umkapselung 1 dargestellt, das drei elektrische Anschlußleitungen 30, 31, 32 auf­ weist. Bei dem Hall-Sensor-Element handelt es sich um eine integrierte Schaltung, welche z. B. die Funktion eines Mikro-Schalters ausüben kann. Derartige Schaltun­ gen bestehen wenigstens teilweise aus zerbrechlicher Keramik. Das Hall-Sensor- Element 29 ruht in der Vertiefung 13.

Die Leitungen 31, 32 sind Gleichstrom-Versorgungsleitungen, während die Leitung 30 eine Signalleitung darstellt. Die Leitungen 30, 31 sind in der Fig. 2 gekreuzt, was jedoch lediglich den Zweck hat, an bereits vorhandene Leitungen 30', 31', 32' richtig anzuschließen.

In der Fig. 3 ist ein Schnitt durch die Umkapselung 1 mit dem Hall-Sensor-Element 29 dargestellt. Dieses Hall-Sensor-Element 29 wird durch die Klaue 18 auf die Vertiefung 13 im Boden 22 gedrückt. Auf der Oberseite des Teils 2 befindet sich eine Erhebung 33, die einen horizontal verlaufenden Bereich 34 und einen hierzu schräg verlaufenden Bereich 35 besitzt. Diese Erhebung 33 dient dazu, die Umkapselung 1 sicher in einem Bauteil zu arretieren, das beispielsweise einen rotierenden Magneten umgibt. Dieses Bauteil weist seitliche Führungen für die Umkapselung und über der Umkapselung 1 eine Schnappfeder mit einer Öffnung auf, in welche die Erhebung 33 eingreift.

Die Leitung 31 mit dem Kupferdraht 36 verläuft, von außerhalb der Umkapselung 1 kommend, gerade durch die Umkapselung 1 in einen Verbinder 37, der den Kupfer­ draht 36 mit einer Lötfahne 38 verbindet, die aus einem horizontalen Teil 39 und einem hierzu anschließenden vertikalen Teil 40 besteht, der wiederum in einen weite­ ren horizontalen Teil 41 übergeht. Diese Lötfahne 38 ist Bestandteil des elektroni­ schen Sensors 29. Sie wird vor dem Einbau abgekröpft, wodurch die Teilstücke 40 und 41 entstehen. Vor dem senkrechten Teil 40 der Lötfahne 38 befindet sich der Steg 20 des Teils 3, während der Steg 19 des Teils 2 hinter diesem senkrechten Teil 40 angeordnet ist. Der Steg 20 dient für die Zugentlastung der Lötfahne 38 und der elektrischen Zuleitung 36, 31. Mit dem Steg 19 wird gewährleistet, daß der horizon­ tale Teil 41 waagrecht zum elektronischen Sensor 29 geführt wird. Wäre dieser Steg 19 nicht vorhanden, könnte sich der Teil 41 aus den als mechanische Trennung die­ nenden Rippen 25 und 26 herausbiegen und dadurch Kurzschluß zu den parallel ver­ laufenden Anschlußfahnen des Sensors 29 erzeugen. Der Steg 50, der dem Steg 19 gegenüberliegt, dient als Auflage für den horizontalen Teil 41 der Lötfahne 38.

Die Fig. 4 zeigt die Oberseite des Teils 2, in den die Seitenwände 16, 17 des Teils 3 eingerastet sind. Auf der Oberseite des Teils 2 befindet sich die kreisförmige Erhe­ bung 33 mit einer Mittelkante 45. Ein dem Vorsprung 44 des Teils 3 entsprechender Vorsprung 46 ist auf der linken Seite des Teils 2 zu erkennen. Die Erhebung 33 am Gehäuse-Oberteil dient, wie bereits erwähnt, dazu, die ganze Umkapselung 1 in einer Vorrichtung arretieren zu können. Hierdurch wird die Lage des Sensors 29 exakt definiert.

Mit 51, 52 in der Fig. 4 sind Bauteile bezeichnet, die funktionsmäßig dem Verbinder 37 und Kupferdraht 36 der Fig. 3 entsprechen, jedoch weiter vorne angeordnet sind.

In der Fig. 5 ist eine Ansicht auf die linke Seite der in der Fig. 2 gezeigten Umkapse­ lung 1 dargestellt. Die beiden Teile 2, 3 sind hierbei zusammengeklappt.

Der Einbau des Hall-Sensors 29 in die Umkapselung 1 erfolgt in der Weise, daß es einfach in die Mulde 13 eingelegt und anschließend der Teil 2 heruntergeklappt wird, bis er einrastet. Ein Öffnen der Umkapselung 1 zu Servicezwecken ist ebenfalls mög­ lich, wobei die Seitenwände 16 und 17 auseinandergezogen werden und damit den Teil 2 freigeben.

Die Zugentlastung des elektronischen Sensors 29 erfolgt dadurch, daß die abgespreiz­ ten Anschlußbeine des Sensors 29 abgekröpft werden und das abgekröpfte Ende zwi­ schen dem oberen Steg 19 und dem unteren Steg 20 gefaßt wird. Hierbei drückt der obere Steg 19 auf die drei Zuführungsleitungen, also nicht auf den elektronische Sen­ sor 29. Damit erfüllt er gleichzeitig die Funktion einer horizontalen Lagesicherung des Sensors 29. Weil Hall-Sensoren unter Druckeinwirkung ihre magnetischen Ei­ genschaften verändern können, ist man bestrebt, die Druckpunkte vom Sensor weg­ zuverlagern.

Die Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung der Fig. 5. Hierbei erkennt man die beiden Stege 27, 28, welche den elektronischen Sensor 29 seitlich arretieren. Au­ ßerdem ist die Klaue 18 sichtbar, die auf den Sensor 29 drückt. Eine Arretierung des Sensors 29 in Längsrichtung der Kapsel 1 erfolgt durch die Stege 23, 24 bzw. 25, 26. Diese Stege 25, 26 fungieren gleichzeitig als Trennstege zwischen den Sensoran­ schlüssen. Die Sensoranschlüsse sind nach dem Austritt aus der Umkapselung 1 auf­ gespreizt, um das Anbringen mechanischer Crimpverbindungen zwecks Leiteran­ schluß zu ermöglichen.

Claims (10)

1. Umkapselung für einen elektronischen Sensor zur Feldstärkemessung, wobei die Umkapselung ein Gehäuse-Unterteil und ein mit diesem klappbar verbindbares Ge­ häuse-Oberteil aufweist und wobei der elektronische Sensor zwischen Gehäuse-Ober­ teil und Gehäuse-Unterteil eingelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse- Unterteil (3) einen geschlossenen Boden (22) von vorgegebener Stärke aufweist, wo­ bei dieser Boden (22) mit einer Vertiefung (13) für die Aufnahme eines Teils des Sensors (29) versehen ist, und daß von diesem Boden (22) und unmittelbar neben der Vertiefung (13) wenigstens zwei senkrecht nach oben gerichtete Stege (z. B. 27, 28) ausgehen, die den über die Vertiefung (13) hinausragenden Teil des Sensors (29) gegen seitliche Verschiebung sichern.

2. Umkapselung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkapselung (1) eine im wesentlichen rechteckige Form aufweist und der Sensor (29) mit elektri­ schen Leitungen (30 bis 32) verbunden ist, die an einer der vier Seiten der rechtecki­ gen Umkapselung (1) eingeführt sind.

3. Umkapselung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den elektrischen Leitungen (30 bis 32) wenigstens ein Steg (25 oder 26) vorgesehen ist, der sich in unmittelbarer Nähe des Sensors (29) befindet.

4. Umkapselung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallele Stege (25, 26) vorgesehen sind.

5. Umkapselung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (13) für die Aufnahme eines Teils des Sensors (29) eine rechteckige Form besitzt und auf allen vier Seiten von Stegen (27, 28; 25, 26; 23, 24) umgeben ist, die alle parallel zueinander angeordnet sind.

6. Umkapselung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leitungen (30 bis 32) über elektrische Verbinder (37) mit Leitungsdrähten (39, 40, 41) verbunden sind, die zu dem Sensor (29) füh­ ren, wobei die Leistungsdrähte (39, 40, 41) zwischen dem (37) und dem Verborder (37) und (29) auf zwei verschiedenen Höhen angeordnet sind und der auf der unteren Höhe liegende Teil (41) dieser Leitungsdrähte (39, 40, 41) zwischen zwei Stegen (19, 50) einge­ klemmt ist.

7. Umkapselung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Abstand von den beiden Stegen (19, 50) ein weiterer Steg (20) vorgesehen ist, der für die Zugentlastung der elektrischen Leitung (30 bis 32) dient.

8. Umkapselung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Sensor (29) ein Hall-Element ist.

9. Umkapselung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß auf der Unterseite des Oberteils (2) der Umkapselung (1) eine Klaue (18) derart angeordnet ist, daß sie beim Schließen der Umkapselung (1) auf dem Sensor (29) aufliegt und auf diesen drückt.

10. Umkapselung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Umkapselung (1) aus elektrisch nichtleitendem Kunststoff besteht.