CN102564400A - 无壳体的传感器构造 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无壳体的传感器构造。本发明涉及一种制造无壳体式传感器具体地制造接近传感器的方法。在此，提供了在一个传感器底座上构建机械功能和电子功能所需的全部组件，然后在组件周围注入塑料复合物。

Description

无壳体的传感器构造

技术领域

本发明涉及一种用于制造电子传感器的方法，具体地，封装传感器的方法，并涉及使用该方法制造的传感器。

背景技术

电子传感器通常用于对物理测量变量从其周围环境的定量和/或定性检测，其中，将检测到的测量变量转换为电信号且发送用于后续处理。原则上，可以分为有源传感器和无源传感器，其中，除了实际换能器之外，有源传感器包括额外主电子设备，并使用外部辅助能量供能。作为这种电子传感器的示例，在非穷尽性列表中有电感或电容式接近开关、磁传感器、光传感器、光栅、光纤传感器、感应距离传感器、三角测量距离传感器和相位测量光距离传感器。

通常，这种传感器的技术构造包括坚固的壳体，其包括换能器和在印刷电路板上的相应的电子设备，其中，传感器电子设备的触点引导向外通过壳体。市场上已经立足的可行传感器结构包括具有圆柱壳体类型和多边形壳体类型的传感器。壳体通常由金属或塑料预装配，从而换能器、传感器电子设备和触点(例如，以电缆或插头触点的形式)可以被安装在这些壳体中。通常，安装在壳体中的传感器的组件被封装在铸造复合物中，以保护传感器结构不受环境影响和传感器结构的机械稳定性。

可以根据单个电子组件、机电组件备或光电组件制造每个换能器，也可以根据预装配的电子组件、机械组件和/或光电组件的组制造每个换能器。

在本发明的范围内，多边形传感器结构被理解为具有大体多面体壳体的传感器，其通常基本具有块的形状或彼此嵌套的若干块的形状。相应的多边形结构以特别有利方式适合于例如在专用机构造领域非常普遍的轮廓系统(profile system)的T形槽组装。原则上，多边形传感器还可被安装到系统或机器的任意支撑元件上。

与圆柱形传感器结构相关的缺点是：多边形传感器的金属或塑料壳体的碾磨复杂，其生产是相对成本密集型。替代地，多边形传感器的壳体可以由锌压铸材料来制造，其中，壳体昂贵的问题被转换成铸造模具的高的初始成本。相对于少的数量，对于多边形传感器结构仍然存在高生产成本和有限的灵活性的问题。

多边形传感器结构的另一缺点在于：这些传感器必须使用至少两个附接螺丝来安装在机器或系统壳体的平坦表面上，这意味着相对于圆柱形传感器增加了复杂度。

所谓的“无壳体式”传感器表示另一结构，其电子组件彼此机械接触，从而在它们被放置在注塑模具中并且借助于固定元件保持在固定的预定位置之前在生产过程初始它们可以彼此相对移动。然后，在所述组件周围完全地注模塑料复合物，其中，模制体由外部尺寸对应于注塑模具的内部尺寸的塑料复合物来形成。

此方法的缺点在于：各个组件，诸如传感器的换能器、具有主电子设备和触点的印刷电路板，必须以复杂且精确的方式放置且固定在注塑模具中。另外，必须在无壳体式多边形传感器的模制体上设置紧固件，以便在它们的使用位置能够安装这些紧固件。被构建为螺纹嵌件、螺纹通孔或螺纹杆等的紧固件在注模之前必须放置且固定在相应的模具中。

发明内容

因此，本发明基于公开下述传感器的问题，该传感器特别地可以以低生产成本少量地来生产并且提供用户额外的安装益处。

通过根据独立方法权利要求并根据相关联设备权利要求的主题来解决此问题。

优选的和/或有益的结构和改进是相应从属权利要求的主题。

本发明包括一种用于传感器的生产方法，其中，通过在多个组件周围进行塑料复合物的注模，形成模制体，例如，具有多边形的模制体，其外部尺寸对应于注塑模具的内部尺寸。通常，所述组件可以是对于每个传感器的功能和处理或组装所需要的任何光、电子、机械和/或混合集成式组件。具体地，这些组件包括为每个测量任务构建的换能器。在第一步，传感器的光、电子和/或机械组件被机械地固定在印刷电路板的顶侧和/或后侧。在另一步中，将装配的印刷电路板放置在注塑模具中。在注塑模具中，通过支撑指将印刷电路板保持在相对于注塑模具的壁的限定位置。然后，将液态的塑料复合物注入注塑模具中，从而至少部分地在此固定位置注模(注塑成型)具有所述组件的印刷电路板。

优选地，换能器被构建为混合集成式组件，其包括，对于其部分的对应于每个测量任务来说，多个电子、机械和/或光组件，并因此相对于印刷电路板组件形成各个预制组件。

必要时，可期望的是换能器不被塑料复合物覆盖或者不完全地嵌入到塑料复合物中。例如，对于光传感器，在光束路径不应该被实现为通过铸造复合物到光传感器时，会是这种情况。为此，在本发明的改进中，提供了在塑料复合物中嵌入导管元件，其中，此导管元件在塑料复合物中形成导管。在此，换能器被布置在导管中。在使用塑料复合物进行注模之前在电路板上安装导管元件，从而在电路板的俯视图中，导管壁围绕换能器。当注入塑料时，塑料复合物没有渗透或者没有完全渗透导管内部，使得导管仍然脱离塑料复合物，或者，使得在注入之后塑料复合物围绕导管元件形成的导管。为此，通常，有利地是，在电路板上以密封的方式安装导管元件，从而防止塑料复合物在注模期间在导管元件指向电路板的端部与电路板本身之间的渗透。然后，还可以在导管中布置其他元件。例如，导管可以被关闭以便密封用适当材料制成的窗或光学元件。

在本发明的不同的优选实施例或改进中，光学传感器的换能器可以包括机械地固定在印刷电路板上的光电组件以及具有透镜架和至少一个透镜的预装配透镜单元。透镜架可以放置在印刷电路板的槽中和在注塑模具中，且至少部分地被注塑成型。在此，透镜架有利地形成在塑料复合物中的导管，如上所述。

光换能器的这种两部分或多部分结构允许使用光电标准组件，例如，光电二极管和专用光学器件，从而可以消除特定、预装配、混合集成式组件。

在注模期间通过按压透镜架，防止了仍为流体的塑料复合物会在印刷电路板之间或者光电组件与光学器件之间渗透并且因此阻挡换能器的光束路径。优选地，透镜架仅在垂直于印刷电路板的侧的周围被注塑成型，使得背向光电组件的透镜架的外侧可以被密封成与传感器的塑料模制体基本齐平。

与现有技术相比，根据本发明的方法允许生产例如无壳体式多边形传感器，其中，通常主电子设备需要的印刷电路板可以同时用作底座，即，用作机械传感器结构的安装平台。

机械组件包括设置用于附接传感器的至少一个附接元件。作为这种附接元件，螺纹嵌件或螺纹套管可以被夹在印刷电路板上，其中，该嵌件或套管在注模工艺中使用塑料复合物来完全地或至少部分地注模。因此，在附接元件与传感器的模制体之间建立非正向配装连接和正向配装连接，藉此传感器的装配期间产生的力最佳地吸收分布在模制体内。

特别有利地是，电子组件和机械组件可以使用电子工程中常用的拾取和放置技术放置在印刷电路板上，并且可以使用典型附接处理诸如夹、粘结和/或焊接固定在印刷电路板上。因此，传感器底座可配备有传统自动拾取和放置设备中的所有组件。

本发明的一个特别有利的改进是印刷电路板面板，其包括在注塑模具中同时注塑成型的多个相同的印刷电路板以形成具有塑料复合物的面板。使用完全或部分(一半)的电路板面板作为安装平台，相应数量的传感器可以使用例如多边形的注模壳体同时来设置。然后将各个传感器从印刷电路板面板分离。

本发明的另一结构提供了使用透明或半透明塑料复合物注塑成型每个传感器的所配备的电路板。因此，可以将传感器的标签例如型号和/或连接标记直接应用于印刷电路板上，其中，此标签通过传感器的透明模制体仍可见。因此，以一种特别有利的方式，可以去除在模制体表面上的额外标签印制。

本发明包括可使用根据本发明方法来生产的无壳体式例如多边形传感器。这种传感器包括印刷电路板，在该印刷电路板的顶侧和/或后侧上安装了机械和电子组件，其中，所述印刷电路板和机械组件被由塑料制成的模制体包围，其中，在本发明的一种改进中，模制体可以具有例如多边形。因此，所有组件，包括构建为例如电感式接近传感器的线圈的换能器，被直接布置在平坦的印刷电路板上。

在印刷电路板上的机械组件中，设置可以被构建为螺纹嵌件的至少一个附接元件。

许多传感器结构，特别地，多边形形状，应该通常具有至少两个螺钉连接，使用该连接，每个传感器壳体可以被安装在机器或系统部件上。优选地，在根据本发明的传感器的模制体的安装侧/后侧上设置用于准确定位传感器的额外对准销，从而可以去除用于安装的第二螺钉连接。因此，在用户方，在机器或系统上仅需要一个钻孔。对准销优选地被构建为容易被去除，从而组装期间对准销能够容易地脱离或切去。

作为螺纹嵌件的替换，可以使用螺纹套管在后侧上构建传感器，螺纹套管可以同时用作传感器附接和用于实现电连接。因此，按照特别有利的方式可将传感器连接传递到所保护的机器或系统部件中。

在优选的实施例中，传感器的模制体由透明或半透明塑料构建。因此，在印刷电路板上的传感器加标签是可行的，并且不必在额外的步骤中被应用于模制体的表面上。另外，发光二极管或另一显示元件可以被布置且用作传感器的功能显示。在传感器生产期间可以通过机器放置显示元件，并且在没有额外组件诸如光纤或透明盖膜的情况下，以通过传感器的透明或半透明模制体的大角度，显示元件是可见的。

附图说明

根据下面参照附图详细描述的优选实施例，可以得到本发明的这些和其他特征以及相关优点。在附图中示出：

图1：具有多边形壳体和封装螺纹嵌件的无壳体式电感式接近传感器。

图2：具有多边形壳体和布置在后侧上的螺纹套筒的无壳体式电感式接近传感器。

图3：具有多边形壳体和光换能器的无壳体式光接近传感器。

具体实施方式

图1示出具有螺纹嵌件的多边形传感器结构中的电感接近传感器，螺纹嵌件用于在设置的使用位置安装传感器。除了螺纹嵌件之外，还可以在此位置设置用于螺丝或铆钉连接的无螺纹通孔。

传感器1包括印刷电路板2，其已经通过手动或者优选地装备有自动拾取和放置系统，其中，组件可以被放置在印刷电路板2的顶侧3上以及也可放置在后侧4上。印刷电路板的表面设置有典型的轨道导体，用于接触换能器5，在当前示例中，换能器5基本包括用于连接电缆6和发光二极管7的线圈，其没有在当前附图中明确示出。

除了印刷电路板的可以用于使线圈5和连接电缆6接触的典型接触孔之外，印刷电路板包含额外组装开口，通过该开口或在开口中，不同组件可以被引导或使用展开的铆钉连接来安装。可以通过粘接或焊接连接在印刷电路板上额外地或可替代地安装相关组件。

螺纹嵌件8通过印刷电路板上的开口来引导并且用于传感器组装的附接螺钉的后续覆盖。螺纹嵌件可以具有一部分或两部分结构，并且可以被夹牢、铆接、粘接和/或焊接到印刷电路板。另外，用于连接电缆6的没有详细示出的张力减小设备可以集成在螺纹嵌件8上。如果必要，则还可以通过在附图中也未示出的额外夹紧设备将连接电缆6固定在印刷电路板上。

通过由塑料制成的可在注模过程中产生的模制体9来围封印刷电路板。连接电缆6在此通过一个端面从基本块状模制体9引导出。

模制体9的顶侧11在向上构造的线圈5的区域中具有距印刷电路板的较大距离以完全围封线圈。螺纹嵌件8与模制体9的顶侧11和底侧12上的表面形成齐平密封。

在模制体9的后侧12上设置可以用于在传感器组装期间精确定位传感器的额外对准销10。对准销10被构建为使得在不需要时可以通过将其脱离或切去而容易地去除。

模制体9在其顶侧11以及其底侧12上具有凹槽13，其中印刷电路板2在注模期间通过注塑模具的支撑指来保持。

通过传感器的透明或半透明模制体，即使从顶侧也可以很容易看到设置在印刷电路板的后侧上的发光二极管7。

除了电感式接近传感器的线圈之外，附图所示的传感器还可以包括作为换能器5的电极排列，使用该电极排列，可以实现电容式接近传感器。

图2示出电感式接近传感器的另一实施例，其中，基本结构与上述传感器基本相同。

基本差异包括用于附接传感器的设备，其中，在当前情况下，此设备作为附接套筒14设置在模制体9的底侧12上。

附接套筒14设置有两个锁栓15，其被引导通过来自后侧4的通过印刷电路板2的相应开口。优选地，通过附接套筒14设置传感器的电连接，其中，例如，连接电缆被引导通过附接套筒14的内部。可选地，还可以在附接套筒14中设置插头触点。通过接触支脚16提供到电路板2的顶侧3上没有示出的轨道导体的电连接，接触支脚16被引导通过来自后侧4的通过印刷电路板的相应接触孔并且在顶侧3上被焊接到轨道导体。

为了引导传感器连接通过壳体壁到所保护的机器部件，这种结构特别有利。

图3示出本发明的另一实施例且显示了光传感器。

而传感器1包括印刷电路板2，其配备有换能器5和没有重复地详细示出的其他机械和电子组件。为了安装这种传感器，如图1和图2所示，可以使用螺纹嵌件8和附接套筒14两种。

例如，换能器5包括被焊接到印刷电路板2上的光电二极管17或另一光电组件。光电二极管17的电接触优选地通过印刷电路板2的后侧4来实现，其中，通过使用附图中没有示出的且印刷电路板工程领域的技术人员已知的接触。

换能器还包括透镜单元，其包括透镜架18和至少一个透镜19。透镜架具有管状形状，透镜架在塑料注入之后被嵌入并且在内层管壁围绕换能器的塑料复合物中限定导管180。透镜单元因此表示在注模之前被放置在印刷电路板2上的槽20中的光电二极管17之上的预装配光学组件。

使用未示出注塑模具中的相应支撑点，槽20确保机械地充分固定透镜单元。通过适当的接触压力，确保足够的密封，并因此防止印刷电路板2与透镜架18之间的塑料复合物的渗透。

Claims (17)

1.一种生产至少一种传感器的方法，其中，通过围绕多个组件至少部分地注模塑料复合物，所述多个组件包括光组件、电子组件、机械组件和/或混合组件，但包括至少一个换能器，有利地多边形的模制体被形成，其外部尺寸对应于注塑模具的内部尺寸，

其特征在于：

所述组件在注模之前机械地固定在至少一个印刷电路板的顶侧和/或后侧上，装配有所述组件的所述至少一个印刷电路板被放置到注塑模具中，通过支撑指相对于所述注塑模具的壁被保持在限定的位置，并且在此固定的位置注模具有所述组件的所述至少一个印刷电路板。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组件被放置、按压、夹紧、粘接或焊接到所述印刷电路板上。

3.根据上述权利要求中的一个所述的方法，其特征在于，作为换能器，预装配的混合集成式组件被机械地固定在所述印刷电路板上，其中，这个组件包括光、电子和/或机械组件，且至少部分被注模。

4.根据上述权利要求中的一个所述的方法，其中，在使用塑料复合物注模之前，导管元件被安装在所述印刷电路板上，使得：在所述电路板的俯视图中，导管壁围绕所述换能器，从而，在所述注模之后，塑料复合物围绕所述导管元件形成的导管。

5.根据权利要求1-4中的一个所述的方法，其特征在于，作为换能器，其包括机械地固定在所述印刷电路板上的光电组件，以及具有透镜架和至少一个透镜的预装配透镜单元，其中，所述透镜架被放置在所述印刷电路板的槽和注塑模具中，且至少部分地被注模。

6.根据上述权利要求中的一个所述的方法，其特征在于，所述机械组件包括至少一个附接元件，其至少部分地使用塑料来注模，从而形成到所述模制体的机械刚性连接。

7.根据上述权利要求中的一个所述的方法，其特征在于，使用多个相同的印刷电路板组装所述印刷电路板以形成印刷电路板面板，所述印刷电路板面板中的印刷电路板被放置在注塑模具中且被注模，并且在注模之后，封装的印刷电路板与所述印刷电路板面板分离。

8.根据上述权利要求中的一个所述的方法，其特征在于，透明或半透明塑料用作塑料复合物。

9.根据依据上述权利要求中的一个所述方法制造的传感器，其中，所述传感器包括印刷电路板，在所述印刷电路板的顶侧和/或后侧上安装至少一个光组件、机械组件、电子组件和/或混合集成式组件，其中，所述印刷电路板和所述组件由通过塑料制成的模制体至少部分地包围。

10.根据权利要求9所述的传感器，其特征在于，所述组件包括被构建为电子组件、机械组件和/或混合集成式组件的至少一个换能器。

11.根据上述两个权利要求中的一个所述的传感器，其特征在于，导管元件嵌入在塑料复合物中并且在塑料复合物中形成导管，其中，所述换能器被布置在所述导管中。

12.根据权利要求9-11中的一个所述的传感器，其特征在于，所述组件包括具有光电组件的光换能器以及具有透镜架和至少一个透镜的透镜单元。

13.根据权利要求9-12中的一个所述的传感器，其特征在于，至少一个机械组件作为附接元件被构建在所述印刷电路板上。

14.根据权利要求9-13中的一个所述的传感器，其特征在于，额外对准销10设置在所述模制体上用于准确定位所述传感器。

15.根据权利要求13或14所述的传感器，其特征在于，所述附接元件包括螺纹嵌件或螺纹套管。

16.根据上述权利要求中的传感器，其特征在于，通过所述螺纹套管引导电连接。

17.根据上述权利要求中的一个所述的传感器，其特征在于，所述模制体通过透明或半透明塑料制成，并且有利地发光二极管设置在所述印刷电路板上。

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