Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Sensor nach der Gattung des Haupt¬ anspruchs.

Aus der WO 87/05569 ist bereits ein Sensor dieser Art bekannt, bei dem zur Erfassung der Beschleunigung und der Neigung eines Kraft¬ fahrzeuges ein auf der Brechung oder Reflexion beruhendes optisches Verfahren verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird ein von einem Sender ausgehender Lichtstrahl an der Trennfläche Flüssigkeit/Gas¬ blase gebrochen oder reflektiert und trifft auf einen Empfänger, wenn die in dem Gehäuse enthaltene Gasblase sich in ihrer Ausgangs¬ lage befindet. Wird die Gasblase dagegen infolge einer Beschleuni¬ gung oder einer Neigung des Kraftfahrzeuges von ihrer Ausgangslage ausgelenkt, so wird der Lichtstrahl an der Trennfläche Flüssigkeit/ Gasblase in eine andere Richtung gebrochen oder reflektiert und trifft nicht mehr auf den Empfänger, so daß von der optischen Ein¬ richtung ein Signal ausgelöst wird.

Dieser Sensor hat den Nachteil, daß die zur Realisierung des optischen Verfahrens bereitzustellenden Mittel (Sender, Empfänger usw. ) einen relativ hohen Aufwand an mechanischen, optischen und elektrischen Teilen erfordern.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er sehr kosten¬ günstig herzustellen und über einen sehr weiten Temperaturbereich einsetzbar ist. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unter¬ ansprüchen 2 bis 11.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsge äßen Sensors mit einer Libelle, schematisch,

Figur 2 das elektrische Schaltbild einer möglichen Auswerteschaltung des Sensors nach Figur 1,

Figur 3 die als Hybridplatte ausgebildete Deckelplatte des Gehäuses der Libelle nach Figur 1 mit den darauf befindlichen Schaltungs¬ elementen der Auswerteschaltung in der Draufsicht,

Figur 4 ein in Blasentechnik ausgebildetes elektrisch aufheizbares, temperaturempfindliches elektrisches Schaltungselement im Schnitt senkrecht zu der Oberfläche der als Hybridplatte ausgebildeten Deckelplatte.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Figur 1 ist schematisch der Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen thermischen Beschleunigungs- und Neigungs¬ sensors dargestellt. An einem beweglichen Gegenstand 10, beispiels¬ weise einem Kraftfahrzeug, dessen Beschleunigung und Neigung erfaßt

werden soll, ist eine Libelle 11 befestigt. Sie umfaßt ein Gehäuse 12, das aus einem Gehäuseunterteil 13 und einer Deckelplatte 14 besteht. Die Deckelplatte 14 ist an dem Gehäuseunterteil 13 so befestigt, daß das Gehäuse 12 vollständig dicht ist. Das Gehäuse 12 umschließt einen rotationssymmetrisch ausgebildeten Hohlraum 15, der sich gegen die Deckelplatte 14 hin konisch verjüngt. Der obere Teil des Hohlraums 15 hat dabei die Form eines Kegelstumpfs, wobei der Böschungswinkel des Kegelstumpfs vorzugsweise 21" beträgt. In dem von dem Gehäuse 12 umschlossenen Hohlraum 15 ist eine Flüssigkeit 16 und eine Luftblase 17 enthalten, wobei die Flüssigkeit 16 und die Luftblase 17 den Hohlraum 15 gemeinsam vollständig ausfüllen. In ihrer in Figur 1 dargestellten Ausgangslage liegt die Luftblase 17 an der Deckelplatte 14 an und erstreckt sich konzentrisch um die Achse A des rotationssymmetrisch ausgebildeten Hohlraums 15.

Die Deckelplatte 14 ist als Hybridplatte ausgebildet und einseitig mit elektronischen Bauelementen bestückt.

Wie aus der Schnittdarstellung der Figur 1 ersichtlich, ist auf die dem Gehäuseunterteil 13 zugekehrte Oberflächenseite der Deckelplatte 14 ein als oh sches Widerstandselement ausgebildetes elektrisches Schaltungselement RS aufgebracht.

Wie aus Figur 2 erkennbar, ist das als ohmsches Widerstandselement ausgebildete elektrische Schaltungselement RS Bestandteil einer Wheatstonesehen Brückenschaltung mit den Widerständen RS, RT , RT , D , D und D , die die Auswerteschaltung des Sensors nach Figur 1 bildet. An einer ersten Brückendiagonalen der Wheat- stoneschen Brückenschaltung liegt eine konstante Referenzgleich¬ spannung U an. An der anderen, zweiten Brückendiagonalen wird das Ausgangssignal ü des Sensors abgenommen.

Figur 3 zeigt die als Hybridplatte ausgebildete Deckelplatte 14 in der Draufsicht auf diejenige Oberflächenseite, auf die das elek-

trische Schaltungselement RS aufgebracht ist. Das Schaltungselement RS und die Widerstände RT , RT , D , D und D der Aus¬ werteschaltung sind in Dickschichttechnik hergestellt. Die Wider¬ stände RT , RT , D können als Fühlwiderstände für die Um- gebungstemperatur verwendet werden. Der Widerstand D wird dabei dazu benutzt, den Temperaturkoeffizienten der Reihenschaltung der Widerstände RT , D , RT einzustellen. Die Leiterbahnen sind mit 19, die Anschlußflecken für den äußeren Anschluß der Wheat- stoneschen Brückenschaltung mit 20 bezeichnet.

In Figur 4 ist dargestellt, wie das elektrisch aufheizbare tempera¬ turempfindliche elektrische Schaltungselement RS in vorteilhafter Weise auf der Hybridplatte 14 in Blasentechnik aufgebaut werden kann. Auf der Hybridplatte 14 ist eine Blase 21 aufgewölbt, die aus keramischem Werkstoff, vorzugsweise aus Glaskeramik besteht. In der Blase 21 ist das als Schichtwiderstand ausgebildete Widerstands¬ element RS untergebracht. Die Blase 21 enthält eine in Dickschicht¬ technik hergestellte Membran 23, auf der das Widerstandselement RS angeordnet ist, wobei zwischen der Membran 23 und dem Widerstands- element RS sich eine aus Glas bestehende Zwischenschicht 24 befin¬ det. Das Widers andselement RS ist mit einer gut wärmeleitenden, aus Glas bestehenden Schutzschicht 25 abgedeckt.

Bei der Herstellung des in Blasentechnik ausgebildeten Widerstands¬ elements RS wird wie folgt verfahren:

Der Prozeß beginnt damit, daß auf die Hybridplatte 14 an der Stelle, an der die Blase 21 angebracht werden soll, ein aus Dickschichtpaste bestehendes Podest 26 aufgedruckt und anschließend getrocknet und in Luft gebrannt wird. Hierauf wird auf das Podest 26 eine in der Zeichnung nicht dargestellte Schicht aus Kohlepaste gedruckt, die anschließend getrocknet und in Stickstoff gebrannt wird. Beim Brennen der Kohlepaste in Stickstoff entweichen im wesentlichen nur die flüchtigen Bestandteile, die Kohle bleibt jedoch als fester

Bestandteil erhalten. Dann wird auf die Kohleschicht und auf einen sie umgebenden Randbereich eine aus einer keramischen Dickschicht¬ paste bestehende Schicht aufgedruckt und das System anschließend in Stickstoff und hierauf in Luft gebrannt. Beim Brennen des Systems in Luft brennt die Kohleschicht vollständig aus und die auf die Kohle¬ schicht aufgebrachte Schicht wird zu einer Memban aufgewölbt. Da in diesem Verfahrensstand die Membran noch zu porös und zu dünn ist, wird sie anschließend durch Einlagerung von Glas verstärkt und ver¬ dichtet. Auf diese Weise entsteht die in Figur 4 dargestellte Membran 23.

Auf die Membran 23 wird nun eine Glasschicht 24 aufgedruckt, die als Unterlage für das darauf aufzubringende, als Schichtwiderstand aus¬ gebildete Widerstandselement RS dient und die Haftung und die Homo¬ genität dieses Widerstandselements verbessern soll. Bei geeigneter Wahl des Materials für die Membran 23 kann jedoch die Glasschicht 24 auch entfallen.

Zur Herstellung des Widerstandselements RS wird eine platinhaltige Paste verwendet. Anschließend wird die Schutzschicht 25 aufgetragen. Die Schutzschicht 25 schützt das Widerstandselement RS und die in Figur 4 nicht dargestellten Leiterbahnen vor Verschmutzung und Kor¬ rosion. Die Schutzschicht 25 wird so ausgeführt, daß eine gute ther¬ mische Ankopplung der Temperatur der beiden Medien 16 und 17 an die Temperatur des Widerstandselements RS gewährleistet ist.

Die Wirkungsweise des Sensors nach den Figuren 1 bis 4 ist folgende:

Das temperaturempfindliche elektrische Schaltungselement RS erwärmt sich infolge der an die erste Brückendiagonale der Wheatstoneschen Brückenschaltung angelegten konstanten Referenzgleichspannung U auf eine bestimmte Temperatur, bei der das temperaturempfindliche elektrische Schaltungselement RS einen bestimmten Widerstandswert annimmt. Wird der Sensor beschleunigt und/oder geneigt, dann wandert

die Luftblase 17 zum Rand des Gehäuses 12 und das temperaturempfind¬ liche elektrische Schaltungselement RS wird von der Flüssigkeit 16 umströmt. Dadurch sinkt die Temperatur des temperaturempfindlichen elektrischen Schaltungselementes RS und damit auch dessen ohmscher Widerstandswert. An der zweiten Brückendiagonalen der Wheat- stoneschen Brückenschaltung verändert sich das Ausgangssignal U , das die Beschleunigung und/oder die Neigung des Sensors bzw. des beweglichen Gegenstandes anzeigt.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Sensors besteht darin, daß kein Abrieb beim Dauerschütteln und nur eine geringe Hysterese auftritt und daß der Sensor kostengünstig in Hybridtechnologie herzustellen ist.

Vorteilhaft ist des weiteren, daß der Sensor infolge des rotations¬ symmetrischen Aufbaus der Libelle omnidirektional messen kann und daß die Flüssigkeit nicht notwendigerweise transparent sein muß. Der Sensor ist unempfindlich gegen senkrechte Beschleunigung. Seine Empfindlichkeit bzw. Ansprechneigung ist durch die Formgebung der oberen Gehäuseinnenseite in weiten Bereichen veränderbar. Das Dämpfungs- bzw. Zeitverhalten des Sensors ist durch die Art der Flüssigkeit und den Strömungsquerschnitt (Abstand Boden - Deckel) einstellbar.

Die aus Platin bestehenden Widerstände RS, RT und RT haben einen Temperaturkoeffizienten TK von 3400 ppm/K, die Dickschicht- wwiiddeerrssttäärnde D , D und D einen Temperaturkoeffizienten TK von

50 ppm/K.