Die Erfindung betrifft einen Sensor für die Abstands- oder Positionsmessung, insbesondere einen kapazitiv oder induktiv oder auf einem Wirbelstrom-Effekt arbeitenden Sensor, mit einem Träger und einem auf dem Träger angeordneten oder in den Träger integrierten Sensorelement.

Im Bereich beispielsweise kapazitiver Sensoren werden bereits schon lange Sensorelemente auf Träger in Form von Leiterplatten in Form von Sensorflächen ausgeführt. Diese Träger bzw. Leiterplatten bestehen üblicherweise aus einem Verbundwerkstoff aus einer Matrix aus Kunstharz und einer Verstärkung. Besonders günstige Leiterplatten (FR2) bestehen aus der Matenalkombination Phenolharz - Papier, der gängigste Typ für Leiterplatten (FR4) aus Epoxidharz und Glasfasergewebe. Dieses Isolatormaterial bringt den Vorteil, Sensoren viel kostengünstiger und schneller auf den Markt zu bringen als Sensoren aus Metall und Isolier- A/ergussschichten oder Sensoren auf der Basis von gesinterten Keramikträgem.

Werden Leiterplatten als Träger oder Substratmaterial für kapazitive Sensoren eingesetzt, ist es extrem wichtig, dass sich auch bei Temperaturänderung die Messfläche des Sensors (meist bestehend aus Kupfer - getragen vom Trägermaterial) möglichst konstant oder zumindest möglichst berechenbar und vorhersehbar ver- hält/ausdehnt, da die Größe der Messfläche maßgebend für eine kapazitive Abstandsmessung ist. Kostengünstige, flexibel gestaltbare kapazitive Sensorflächen werden oft in industrieller Umgebung eingesetzt, bei der anwendungsabhängig bei Anlagen Temperaturen von teils weit über 100°C herrschen.

Auch bei induktiven oder auf dem Wirbelstrom -Effekt basierenden Sensoren ist es extrem wichtig, dass sich auch bei Temperaturänderung die Geometrie der Spule des Sensors (meist bestehend aus Kupferwindungen - getragen vom Trägermaterial) möglichst konstant oder zumindest möglichst berechenbar und vorhersehbar verhält/ausdehnt, da die Geometrie der Spule maßgebend für eine indukti- ve/Wirbelstrom-Abstandsmessung ist.

Aufgrund des Schichtaufbaus von Leiterplatten weisen diese eine Anisotropie im Temperaturausdehnungskoeffizienten Tk auf. In den beiden Richtungen in der Ebene (x- bzw. y-Richtung) ist dieser in der Regel deutlich niedriger als in Richtung senkrecht zur Ebene (z-Richtung). Bei FR4 beträgt der Temperaturausdehnungskoeffizient z.B. in der Ebene ca. 12... 14 ppm/°C, senkrecht dazu jedoch ca. 70 ppm/°C. Üblicherweise besitzt FR4 herstellerabhängig und je nach sonstigen Zusatzstoffen eine Glasübergangstemperatur Tg von 115°C bis 140°C. Bei dieser Temperatur ändert sich das mechanische und elektrische Verhalten der Isolationsschicht enorm und der Temperaturausdehnungskoeffizient Tk der Leiterplatte senkrecht zur Ebene (d.h. in Messrichtung) „springt“ teils von üblichen 70 ppm/°C auf ca. 300ppm/°C. Zu einer zunehmend schlechter werdenden Messqualität kommt hier die Gefahr, dass Durchkontaktierungen der Leiterplatte enormen Kräften ausgesetzt werden und abreißen, was zu einem Defekt des Sensors führt.

Die empfohlene maximale Betriebstemperatur dieser FR4-Basis-Leiterplatten reicht bei vielen Anwendungen nicht aus, da diese von den meisten Leiterplattenherstellern mit ca. 25°C unter der Glasübergangstemperatur Tg angegeben wird. Die meisten FR4-Leiterplatten haben eine Tg von 135°C, spezielle FR5- Leiterplatten von 150°C (Hoch-Tg-Leiterplatten), was aber keinen dauerhaften Betrieb bei Temperaturen von 150°C erlaubt. Hinzu kommt, dass herkömmliche FR4- Leiterplattensensoren durch zu unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der Einzelkomponenten (Messelement auf Leiterplattenbasis - bereits aus mindestens 2 unterschiedlichen Hauptmaterialien: Kupfer und Trägermaterial; Gegebenenfalls eingeklebt in ein Sensorgehäuse - üblicherweise aus Edelstahl) oft bei Temperaturerhöhungen ein unvorhersehbares Verhalten bei der Abstandsmessung zeigen. Dies geschieht aufgrund einer Durchbiegung des kapazitiven Sensors (Leiterplatte), die durch eine mechanische Spannung durch unterschiedliche Ausdehnung der Einzelkomponenten in der Ebene senkrecht zur Messrichtung hervorgerufen wird. Bei Sensoren, die auf Basis von Spulen arbeiten (induktive oder Wirbelstrom-Sensoren) kann sich die Geometrie der Spule ändern (z.B. Änderung des Durchmessers), was zu einer Änderung der Induktivität und damit einer Verfälschung des Messwertes führen kann.

Als Alternative zu Leiterplatten aus FR-Materialien werden bei Anwendungen mit erhöhten Temperaturanforderungen Träger aus Keramik verwendet. Das können einlagige Keramiksubstrate sein, die in sog. Hybridtechnologie mit Leiterbahnen in Dickschicht-Drucktechnik versehen werden. Ein andere Möglichkeit sind mehrlagige Keramiksubstrate, die aus einer sogenannten Grünfolie bestehen, die ebenfalls bedruckt und in einem Sinterverfahren zu einer starren Leiterplatte zusammengefügt werden. Je nach Temperaturbereich spricht man von LTCC (low-temperature cofired ceramics) oder HTCC (high temperature cofired ceramics). Allen diesen Keramik-Technologien ist jedoch gemein, dass die resultierende Leiterplatte ein starres, sehr sprödes Substrat bildet, das mechanischen Belastungen nicht oder nur in geringem Maße standhält. Die Herstellung ist aufgrund der unterschiedlichen Fertigungsschritte (bedrucken, sintern vereinzeln mittels Laser oder Wasserstrahlschneiden usw.) ebenfalls sehr aufwändig und teuer, weshalb diese Technologien nur bei hohen Temperatur-Anforderungen eingesetzt werden.

Aufgabe ist es im Bereich derartiger Sensoren immer wieder, einen variabel gestaltbaren Sensor bzw. ein Element eines Sensors entwickeln zu können, der/das in kurzer Zeit designbar und auch fertigbar ist und der/das bei den teils anspruchsvollen Anforderungen durch die Messumgebung - hauptsächlich im industriellen Bereich - ein möglichst konstantes und möglichst von der Umgebung unabhängiges Messverhalten liefert.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der eingangs genannten Art anzugeben, der ein sicheres Messverhalten bei unterschiedlichsten Umgebungsbedingungen mit konstruktiv einfachen Mitteln ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch einen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist der Sensor derart ausgestaltet und weitergebildet, dass der Träger ein Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat aufweist, auf Basis eines Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminats ausgebildet ist oder aus einem Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat besteht.

In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass das üblicherweise verwendete Trägermaterial des bekannten Sensors zur Einschränkung der Anwendung des bekannten Sensors bei unterschiedlichsten Umgebungsbedingun- gen führt. In weiter erfindungsgemäßer Weise ist dann erkannt worden, dass mit einem Einsatz gerade eines Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminats im Bereich des Trägers die voranstehende Aufgabe auf überraschend einfache Weise gelöst wird. Im Konkreten weist der Träger ein Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat auf, ist der Träger auf Basis eines Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminats ausgebildet oder besteht der Träger aus einem Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat. Hier sind unterschiedliche erfindungsgemäße Ausgestaltungen realisierbar, bei denen der Träger in einer Variante beispielsweise vollständig aus einem Kohlenwasserstoff- Keramik-Laminat besteht. Ein Träger auf Basis eines Kohlenwasserstoff-Keramik- Laminats oder auf Basis von Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminaten kann einen nahezu direkten Ersatz für herkömmliche Träger bei flexibel gestaltbaren, kostengünstigen kapazitiven oder induktiven/Wirbelstrom-Sensoren bieten, insbesondere im Bereich kapazitiver oder induktiv/auf dem Wirbelstrom -Effekt arbeitender Sensoren mit Leiterplatten-Trägern. Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminate sind Verbundwerkstoffe, die eine Matrix aus Kohlenwasserstoff-Harz und eine Verstärkung aus Glasfasergewebe aufweisen können, wobei das Kohlenwasserstoff-Harz mit mineralischen Füllstoffen (in Pulverform) gefüllt sein kann. In der Regel sind dies keramische Füllstoffe, aber auch andere mineralische Füllstoffe sind denkbar wie z.B. Quarze. Mittels eines hohen Füllgrades werden besonders günstige Eigenschaften ähnlich den eingangs beschriebenen keramischen Werkstoffen erzielt. Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminate zeigen daher ein sehr konstantes mechanisches und elektrisches Verhalten auch bei stark schwankenden Umgebungsbedingungen, beispielsweise bei bis zu etwa 280°C. So ist der Temperaturausdehnungskoeffizient sehr homogen und weist keine oder nur eine sehr geringe Anisotropie auf. Weiterhin liegt der Temperaturausdehnungskoeffizient im Bereich von 10... 12 ppm/°C, was dem Tk von Kupfer nahe kommt.

Folglich ist mit dem erfindungsgemäßen Sensor ein Sensor bereitgestellt, der ein sicheres Messverhalten bei unterschiedlichsten Umgebungsbedingungen mit konstruktiv einfachen Mitteln ermöglicht.

Im Hinblick auf eine besonders einfache und sichere Konstruktion kann der Träger als Leiterplatte ausgebildet sein oder eine Leiterplatte aufweisen. Die Verwendung von Leiterplatten als Träger hat sich in der Praxis bewährt und ermöglicht eine fle- xible und kostengünstige Herstellung eines Sensors.

Hinsichtlich einer besonders sicheren und einfachen Herstellung des Sensors kann das Sensorelement als auf den Träger oder in den Träger oder in oder auf eine Metallschicht des Trägers ein- oder aufgebrachtes oder geätztes Sensorelement oder als auf den Träger oder in den Träger oder in oder auf eine Metallschicht des Trägers ein- oder aufgebrachte oder geätzte Sensorfläche ausgebildet sein. Falls ein Sensorelement eine oder mehrere Spulen aufweist, so können diese in Form von Leiterbahnen oder Windungen ein- oder aufgebracht oder geätzt sein.

Bei kapazitiven Sensoren kann das Sensorelement aus flächigen Elektroden bestehen, die die Messelektrode, eine Schirmelektrode und ggf. eine Massefläche bilden. Bei induktiven oder Wirbelstrom-Sensoren kann das Sensorelement aus einer oder mehreren Spulen bestehen, die Induktivitäten bilden.

Das Sensorelement kann in einer leitfähigen Schicht auf oder in dem Träger mit geeigneten Verfahren strukturiert und so die gewünschte Fläche oder Spule herausgearbeitet werden. Verfahren können dabei das (selektive) Ätzen oder die Laserablation von Kupferflächen, oder das Aufbringen von Metallflächen oder -leitern durch Beschichten (Sputtern, Dickschicht, Dünnschicht) oder photolithografische Verfahren sein. Auch eine Kombination mehrerer Verfahren ist denkbar, indem z.B. eine durch Beschichtung hergestellte Spule oder Fläche durch Laserbearbeitung nachgearbeitet wird. Üblicherweise werden in der Leiterplattentechnologie Metallflächen oder -leiterbahnen aus Kupfer hergestellt. Aber auch andere Metalle sind geeignet, insbesondere für Beschichtungsverfahren. Hierdurch ist eine flexible Gestaltung der Größe des Sensorelements in Abstimmung auf den jeweiligen Anwendungsfall ermöglicht.

Bei einer konkreten Ausführung kann der Sensor einen Schichtaufbau aus dem Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat und mindestens einer Fläche aus Kupfer oder Metall und/oder mindestens einer Kupfer-Leiterbahn oder Metall-Leiterbahn aufweisen. In weiter konkreter Weise können oder kann die Fläche und/oder die Kupfer-Leiterbahn oder Metall-Leiterbahn auf oder in das Kohlenwasserstoff-Keramik- Laminat aufgebracht oder eingebracht sein. Mit einem derartigen Schichtaufbau ergeben sich unterschiedlichste Gestaltungsmöglichkeiten, sodass eine sichere Anpassung der Sensorgestaltung an einen jeweiligen Anwendungsfall ermöglicht ist.

Zur sicheren und einfachen Realisierung eines kapazitiv arbeitenden Sensors kann die mindestens eine Fläche aus Kupfer oder Metall ganz konkret eine Elektrodenfläche oder Sensorfläche für eine kapazitive Messung bilden.

Zur sicheren und einfachen Realisierung eines induktiv oder nach dem Wir- belstrom-Effekt arbeitenden Sensors kann die mindestens eine Spule aus Kupfer oder Metall ganz konkret eine Induktivität für eine induktive oder nach dem Wir- belstrom-Effekt arbeitende Messung bilden.

Je nach Erfordernis kann der Sensor in einem Gehäuse angeordnet sein, ein Gehäuse aufweisen oder mit einem Gehäuse gekoppelt sein. Auch diesbezüglich kann die Gestaltung in flexibler Weise an jeweilige Einsatzerfordernisse des Sensors angepasst und durch eine Realisierung mit einem Gehäuse eine besonders geschützte Ausgestaltung und damit ein besonders sicheres Messverhalten gewährleistet werden.

Bei einer konkreten Ausführungsform kann das Gehäuse aus Metall ausgebildet sein. Aufgrund der Stabilität von Metall kann ein besonders hoher Schutz für ein in dem Gehäuse angeordnetes Sensorelement gewährleistet werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das Gehäuse mindestens einen Montagedurchgang und/oder mindestens ein Montageelement aufweisen. Mit einem derartigen Montagedurchgang und/oder Montageelement lässt sich eine sichere Positionierung des Sensors mittels des Gehäuses an einem Einsatzort realisieren. Eine sichere Positionierung ermöglicht zuverlässige Messungen mit dem Sensor.

In weiter konstruktiv besonders einfacher und sicherer Weise kann der Sensor oder ein Anschlussbereich des Sensors eine Umspritzung oder eine spritzguss- technisch hergestellte Umhüllung aufweisen. Eine derartige Umspritzung oder spritzgusstechnisch hergestellte Umhüllung kann ein Gehäuse ersetzen und/oder auf sichere Weise mittels Kunststoff erfolgen.

Im Hinblick auf eine besonders sichere Ansteuerung und/oder Übertragung von Messdaten zu einer Auswerteelektronik kann das Sensorelement über eine koaxiale oder triaxiale Leitung mit einer Auswerteelektronik kontaktiert sein. Mittels einer triaxialen Leitung lässt sich eine besonders hohe Schirmwirkung erzielen.

Hinsichtlich einer besonders einfachen Realisierung beispielsweise eines Spaltsensors kann der Träger mindestens zwei in unterschiedliche Richtungen messende Sensorelemente aufweisen. Dabei können zwei Richtungen in entgegengesetzte Richtungen weisen, wodurch sich Spaltbreiten besonders einfach messen lassen.

Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Sensor oder der Träger im Hinblick auf eine besonders stabile Ausgestaltung des Sensors und damit im Hinblick auf ein besonders sicheres Messverhalten mehrere Lagen eines Kohlenwasserstoff- Keramik-Laminats aufweisen.

Weiterhin im Hinblick auf eine besonders stabile Ausgestaltung des Sensors kann oder können in das Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat eine oder mehrere Lagen eines Glasfasergewebes eingebettet sein. Dabei kann oder können jeder Lage eines Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminats eine oder mehrere Lagen eines Glasfasergewebes zugeordnet sein. Im Konkreten können in einer Lage eines Kohlen- wasserstoff-Keramik-Laminats mehrere Lagen eines Glasfasergewebes eingebettet oder angeordnet sein.

Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat mindestens einen Füllstoff aufweisen, vorzugsweise ein Keramikpulver mit weiter vorzugsweise einem hohen Füllgrad. Hierdurch kann ebenfalls ein besonders stabiler Sensoraufbau realisiert werden.

Im Hinblick auf eine besonders hohe Schirmwirkung und damit sichere Messung können das Sensorelement eine Schirmelektrode in einer Lage des Kohlenwas- serstoff-Keramik-Laminats und der Sensor oder der Träger eine zusätzliche Schirmelektrode in einer weiteren Lage des Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminats aufweisen. Hierdurch kann eine besonders effektive, quasi zweistufige Schirmung realisiert werden.

Mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors kann ein kapazitiver Sensor oder ein induktiv oder nach dem Wirbelstrom -Effekt arbeitender Sensor zur Abstands- und/oder Positionsmessung mit einem Sensorelement realisiert werden, das in ein als Träger dienendes flaches Substrat integriert oder auf ein solches flaches Substrat aufgebracht ist, wobei das Substrat aus Kohlen- wasserstoff-Keramik-Laminaten besteht oder Kohlenwasserstoff-Keramik- Laminate aufweisen kann.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Sensors zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten, ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors,

Fig. 2 in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten, sowie in einer Draufsicht ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors,

Fig. 3 in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten, sowie in einer Draufsicht ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors,

Fig. 4 in einer perspektivischen Ansicht das dritte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors aus Fig. 3,

Fig. 5 in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten, in einer weiteren Seitenan- sicht, teilweise geschnitten, sowie in einer Draufsicht ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors,

Fig. 6 in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten, sowie in einer Draufsicht ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors,

Fig. 7 in einer perspektivischen Ansicht ein sechstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors,

Fig. 8 in einer geschnittenen Ansicht ein Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat und

Fig. 9 in einer geschnittenen Ansicht einen erfindungsgemäßen Sensor mit einem einlagigen bzw. mehrlagigen Aufbau.

Bei den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Sensors 1 bedeuten gleiche Bezugsziffern gleiche Bauelemente.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors 1 dargestellt, der ein spezifisches kapazitives Messelement/Sensorelement 2 aufweist, das mit einer als Träger 3 dienenden Leiterplatte 3 einen Materialverbund bildet, der ein Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat und Kupferflächen und/oder - leitungen aufweist. Dieser Materialverbund besitzt hervorragende thermische Stabilität über einen gesamten Temperatureinsatzbereich. Das Sensorelement 2 sitzt in einem Metallgehäuse 4. Die Kontaktierung erfolgt über eine koaxiale oder triaxiale Leitung 5.

Im Folgenden wird hier die Ausführung mit triaxialer Leitung 5 beschrieben. Diese hat den Vorteil, dass eine verbesserte Schirmwirkung erzielt wird im Gegensatz zu einem koaxialen Anschluss des Sensors 1. Ein Mittelleiter 6 der Leitung 5 kontaktiert eine Messelektrode 7 am Sensorelement 2. Eine innere Schirmleitung 8 ist elektrisch mit einer metallischen Abschirmkappe 9 verbunden, die auf der Rückseite des Sensorelements 2 angeordnet ist. Die Abschirmkappe 9 ist mit einer Schirmelektrode 10 auf der Vorder/Messseite des Sensorelements 2 leitend ver- bunden. Mit dieser Anordnung kann eine aktive Abschirmung - auch Guard- Technologie genannt - der Messelektrode 7 erzielt werden. Ein äußerer Schirm 11 der Leitung 5 ist leitend mit dem Gehäuse 4 verbunden. Dazu wird eine Stützhülse 12 aus Metall auf die Leitung 5 geschoben. Die Stützhülse 12 hat zwei Funktionen: Zum Ersten dient sie der elektrischen Kontaktierung des Außenschirmes 11 mit dem Gehäuse 4, zum Zweiten stützt sie die Leitung 5 gegen eine Crimpung 13 ab, mit der die Leitung 5 mit dem Gehäuse 4 mechanisch verbunden wird.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors 1 in seitlicher Darstellung A und in Draufsicht B. Der Sensor 1 besitzt zum Anschluss an die hier nicht gezeigte Auswerteelektronik einen Triaxialstecker 14. Das Gehäuse 4 weist zwei Montagebohrungen 15a, 15b zur Befestigung oder Positionierung des Sensors 1 an geeigneter Stelle auf. Beispielsweise kann das Gehäuse 4 mittels durch die Montagebohrungen 15a, 15b geführte und hier nicht gezeigte Schrauben an einem geeigneten Bauelement befestigt und/oder positioniert werden.

In Fig. 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors in Form eines kapazitiven Spaltsensors 16 in seitlicher Ansicht A und Draufsicht B gezeigt. Wie bei dem in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist auch bei diesem Spaltsensor 16 ein Materialverbund aus kapazitivem Messele- ment/Sensorelement 2 und einer als Träger 3 dienenden Leiterplatte 3 gebildet, wobei der Materialverbund ein Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminat und Kupferflächen und/oder -leitungen aufweist.

Der Spaltsensor 16 besitzt im Konkreten zwei Sensorelemente 2a, 2b, die in der Leiterplatte 3 ausgebildet sind. Ein Sensorelement 2a misst in eine Richtung (figürlich nach oben), das andere Sensorelement 2b in die entgegengesetzte Richtung (figürlich nach unten). Damit kann die Weite von Spalten gemessen werden, indem der Abstand zur einen Seite des Spaltes und gleichzeitig der Abstand zur zweiten Seite des Spalts gemessen wird und daraus die Weite oder Breite des Spalts bestimmt wird.

Der Sensor 16 besitzt kein Gehäuse, sondern besteht im Bereich der Messung nur aus dem oben beschriebenen Materialverbund aus Sensorelementen 2a, 2b und Leiterplatte 3. Dies ist aufgrund der guten und stabilen mechanischen Eigenschaften des Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminats möglich. Im Anschlussbereich 17 werden die beiden Sensorelemente 2a, 2b in der bereits aus Fig. 1 bekannten Weise jeweils mit einer triaxialen Leitung 5a, 5b kontaktiert. Zusätzlich sind zur mechanischen Befestigung oder Positionierung des Sensors 16 zwei Schraubösen 18a, 18b oder Durchgänge an der Leiterplatte 3 angebracht oder in der Leiterplatte 3 ausgebildet. Der gesamte Anschlussbereich 17 einschließlich der Schraubösen 18a, 18b ist mit Hotmelt - schmelzbarer Kunststoff - 19 umspritzt. Dies dient einerseits zur mechanischen Fixierung, andererseits zur Abdichtung gegen Stäube und Flüssigkeiten und dient als Ersatz für das Gehäuse. Anstelle von Hotmelt können jedoch auch andere Spritzgussverfahren verwendet werden.

Der Sensor 16 ist ein Beispiel dafür, wie flexibel gestaltbar solche Sensoren 16 sind. Mit dem Anschlussbereich 17 und den Leitungen 5a, 5b bildet diese Leiterplatte 3 einen vollwertigen, sehr dünnen kapazitiven Sensor 16 mit extrem guter Performance im Vergleich zu vergleichbaren Sensoren zur Überwachung eines Spalts zwischen zwei leitfähigen Objekten. Die Dicke eines derartigen Sensors kann beispielsweise bei einlagigem Aufbau des Kohlenwasserstoff-Keramik- Laminats im Bereich von 0,5mm bis 1 ,0 mm liegen, bevorzugt sind 0,8mm.

Fig. 4 zeigt den Spaltsensor 16 in einer perspektivischen Gesamtansicht mit Tri- axialsteckern 14a, 14b.

In Fig. 5 ist ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors 1 dargestellt - A: Schnitt durch eine Mittelachse, B: Schnitt mit seitlicher Ansicht einer Montagebohrung, C: Draufsicht -, welches nur durch eine Leiterplatte 3 mit Sensorelement und mit bereits integrierten Montagebohrungen 18a, 18b, 18c, 18d und einer Leitung 5 ohne zusätzliches Gehäuse ausgeführt ist. Der Sensor 1 weist mehrere Lagen eines Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminats auf. Die mittlere (Kern-)Lage weist eine Dicke von ca. 1 ,5 mm auf. Darauf sind auf der Unterseite und Oberseite jeweils drei Lagen mit einer Dicke von ca. 0,5mm laminiert, so dass eine Gesamtdicke des Sensors von ca. 5 mm erzielt wird. Die Montagebohrungen 18a, 18b, 18c, 18d könne durch Bohren, Fräsen oder andere, für Leiterplatten 3 geeignete Verfahren hergestellt werden.

Mit dieser Möglichkeit, auch dreidimensionale Fräsungen und Bearbeitungen an Leiterplatten 3 vorzunehmen, können hier beispielsweise auch kapazitive Abstandssensoren in flacher Bauweise gestaltet werden, die bereits ohne zusätzliche Teile eine Montagemöglichkeit bieten. Eine besonders flache Bauform kann erreicht werden, wenn anstatt einer im Querschnitt runden Leitung 5 eine Flachleitung 20 verwendet wird, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.

In Fig. 7 ist ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors in Form eines Wirbelstromsensors 21 als Flachsensor in einer perspektivischen Gesamtansicht gezeigt. Das Sensorelement 22 besteht aus einer Spule 23, die auf dem Träger 3 angeordnet ist. Dabei sind koaxiale Leitungen 24a, 24b verwendet mit Koaxialsteckern 25a, 25b. Wie bei dem in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist auch bei diesem Flachsensor 21 ein Materialverbund aus einem Sensorelement 22 in Form einer Spule 23 und einer als Träger 3 dienenden Leiterplatte 3 gebildet, wobei der Materialverbund ein Kohlenwasserstoff-Keramik- Laminat und Kupferwindungen und/oder -leitungen aufweist.

Fig. 8 zeigt den Aufbau eines Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminates 27 in Schnittdarstellung. In eine Matrix 28 sind mehrere Lagen eines Glasfasergewebes 29 eingebettet (einlaminiert). Die Matrix 28 enthält Füllstoffe 30 aus Keramikpulver mit einem hohen Füllgrad.

Fig. 9 zeigt in teilweise geschnittener Darstellung ein kapazitives Sensorelement 2 - A: auf der Oberfläche 31 eines einlagigen Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminates 27 und B: eingebettet in ein mehrlagige Leiterplatte 3 aus Kohlenwasserstoff- Keramik-Laminaten 27a, 27b, 27c. Das Sensorelement 2 weist eine Messelektrode 32 sowie eine Schirmelektrode 33 auf, die kreisförmig angeordnet sind. Um eine verbesserte Schirmwirkung zu erzielen, ist eine zusätzliche Schirmelektrode 34 in einer weiteren Lage der Leiterplatte angeordnet und mit der Schirmelektrode 33 über Durchkontaktierungen (Vias) 35 elektrisch verbunden.

Vorteile und wichtige Aspekte von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Sensors sind im Folgenden erläutert:

Einen nahezu direkten Ersatz für herkömmliche FR4-Leiterplatten - bei flexibel gestaltbaren, kostengünstigen kapazitiven oder induktiven oder nach dem Wir- belstrom-Effekt arbeitenden Sensoren auf Leiterplattentechnologie - bieten Leiterplatten auf Basis von Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminaten.

Mit Temperaturausdehnungskoeffizienten, welche möglichst gut an das Leitermaterial Kupfer angepasst werden, und somit auch an Edelstahl für ein gegebenenfalls notwendiges Sensorgehäuse, sind diese Trägermaterialien oder Leiterplattenmaterialien, welche mittlerweile fast 1 :1 wie FR4 von vielen Leiterplattenher- stellern angeboten werden, sehr gut für den Einsatz in Trägem oder Leiterplatten erfindungsgemäßer Sensoren in schwankenden Umgebungsbedingungen geeignet. Die gute Verarbeitbarkeit der Materialien, welche nahezu alle Bearbeitungsmethoden umfasst, die in der Leiterplattenherstellung eingesetzt werden, macht dieses Material für die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen und Anwendungen noch attraktiver.

Die sonst bei FR4 kritische Glasübergangstemperatur liegt hier bei über 280°C. Bis zu dieser Temperatur weisen die beschriebenen Kohlenwasserstoff-Keramik- Laminate, KKL, ein extrem konstantes Verhalten elektrischer und mechanischer Art auf, was ideal ist, um in kürzester Zeit kostengünstig einen kapazitiven Sensor zu entwickeln, und zwar mit sehr gut berechenbarem Verhalten bei erhöhten Temperaturschwankungen.

Werte im Überblick: KKL FR4 FR5 (HTg)

Tg (Glasübergangstemperatur) 280 °C 120 bis 150 °C bis 170 °C

Td (Zersetzungstemperatur) 390 °C ca. 300 °C ca. 350 °C

Tk (x/y) in ppm/°C 10/12 ca. 20 ca. 20

Tk (z) in ppm/°C 32 45 bis 70 45 bis 70

Dielektrizitätskonstante 3,5 ca. 4,6 ca. 4,8

Thermischer Koeffizient Diel, in ppm/°C 50 k.A. k.A.

Mit derartigen Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminaten lassen sich sehr einfach und kostengünstig kapazitive oder induktive oder nach dem Wirbelstrom-Effekt arbeitende Sensoren herstellen, die einen erheblich größeren Temperaturbereich abdecken als Sensoren mit herkömmlichen FR4-Leiterplatten: In einem Schichtaufbau können dazu auf bzw. in dem Laminat in bekannter Leiterplatten-Technologie Kupferflächen bzw. Kupfer-Leiterbahnen auf- bzw. eingebracht werden. Die Kupferflächen bilden dabei die für eine kapazitive Messung erforderlichen Elektrodenflächen (Messelektrode, Schirmelektrode (sogenannte Guard-Elektrode) und Massefläche) oder Spulen (ggf. Primär- und Sekundärspulen), die mit den Kupferleitungen, ggf. über elektrische Durchführungen, kontaktiert werden. Durch die sehr ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten Tk des Kohlenwasserstoff-Keramik- Laminates und der Kupferflächen bzw. des Metallgehäuses treten auch bei höheren Temperaturen keine oder nur sehr geringe mechanische Verspannungen auf, die eine Messung beeinträchtigen oder den Sensor sogar zerstören könnten.

Besonders vorteilhaft ist, dass die in FR4-Technologie üblichen Fertigungsschritte nahezu unverändert genutzt werden können. So ist es z.B. auch möglich, flexible Leiterplatten für den Anschluss eines erfindungsgemäßen Sensor auf oder zwischen die Lagen von Kohlenwasserstoff-Keramik-Laminaten einzulaminieren. Damit sind auf sehr einfache und kostengünstige Weise Flachleitungen zur Kontaktierung der Sensorelemente realisierbar.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sensors wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.

Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken. Bezugszeichenliste

1 Sensor

2, 2a, 2b Sensorelement

3 Träger, Leiterplatte

4 Gehäuse

5, 5a, 5b Leitung

6 Mittel leiten

7 Messelektrode

8 Schirmleitung

9 Abschirmkappe

10 Schirmelektrode

11 äußerer Schirm

12 Stützhülse

13 Crimpung

14, 14a, 14b Triaxialstecker 15a, 15b Montagebohrung

16 Spaltsensor

17 Anschlussbereich a, 18b, 18c, 18d Schrauböse, Montagebohrung

19 Hotmelt

20 Flachleitung

21 Wirbelstromsensor

22 Sensorelement

23 Spule 24a, 24b Leitung 25a, 25b Koaxialstecker

27 Kohlenwasserstoff-Keram ik- Lam inat 27a-27d Kohlenwasserstoff-Keram ik- Lam inat

28 Matrix

29 Glasfasergewebe

30 Füllstoff

31 Oberfläche 32 Messelektrode

33 Schirmelektrode

34 Schirmelektrode, 35a, b Durchkontaktierung