CN103748434B - 传感器、传感器单元和用于制造传感器单元的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种传感器(10)，其具有用于测量物理量值的传感器元件(12)。根据本发明，设有至少一个有弹性的减振元件(14)，所述减振元件对外部的干扰振动进行缓冲并且具有用于电地和／或机械地接触所述传感器元件(12)的器件(14.1)。
Description
技术领域
本发明涉及一种特别是用于测量加速度或者转速的传感器，以及一种传感器单元，和一种用于制造传感器单元的方法。
背景技术
通常在现代的安全系统中传感器由至少一个用于测量惯性值、例如加速度和/或转速的传感器单元构成。加速度传感器和/或转速传感器具有摆动质量，它工作在一个预设的频率范围内。当出现了位于预设频率范围内的但并不属于待测量量值的干扰值或者干扰频率，例如驱动装置的振动时，则可能损害或者完全干扰传感器的测量性能。在许多需要很高的信号质量和/或在安装位置上存在至少一个干扰源或者干扰频率的使用情况下，必须中断干扰作用链。该干扰作用链可以特别在电路板上中断，具有传感器元件的传感器设置在电路板上。
在公开文献DE 10 2009 001 930 A1中以示例的形式描述了一种具有壳体和设置在壳体内部的电路板的传感器单元，具有传感器元件的传感器设置在该电路板上。在电路板和壳体之间安装有弹性元件，它使电路板与壳体电连接和机械连接。通过该弹性元件实现了传感器元件与壳体的机械解耦。能够作用在壳体上的干扰振动或者干扰频率形式的干扰通过弹性元件得到缓冲。此外可以通过导电的弹性元件省去用于电接触电路板的额外器件。
在公开文献DE 10 2009 000 571 A1中以示例的形式描述了一种具有壳体以及设置在壳体内的电路板的传感器单元，具有传感器元件的传感器设置在该电路板上。电路板实施成是可弯曲的。利用可弯曲实施的电路板可以实现传感单元与壳体的机械解耦。作用在壳体上的干扰频率被可弯曲的电路板缓冲。
发明内容
根据本发明的具有用于测量物理量值的传感器元件的传感器与之相对具有以下优点，即它包括至少一个有弹性的减振元件，所述减振元件以有利的方式缓冲从外部作用的干扰振动或者说干扰频率，所述减振元件还具有用于电地和/或机械地接触传感器元件的器件。通过这种方式可以实现一种传感器，它被实施成减振的弹簧质量系统，该系统包括至少一个有弹性的减振元件和传感器元件。这里，减振元件被安装在传感器元件上并与传感器元件一起构成了传感器。通过这种方式可以使进行测量的传感器元件十分有效地通过减振元件与其他已有的结构元件，例如电路板和/或壳体和/或分析和控制单元解耦。根据本发明的传感器可以在再加工过程中以有利的方式像标准元件一样直接从传动带(Gurt)上进行装配。由于传感器元件已经在传感器内得到了减振，因此以有利的方式实现了，传感器单元的电路板和/或壳体不需要单独面对不期望发生的外部干扰因素而进行解耦和/或减振。由此，即使在安装空间有限以及在错误转化对壳体和/或电路板的减振时，达到很高的信号质量。此外可以降低成本，因为传感器可以被安装进任意的传感器单元里，而不需要使用额外的屏蔽和/或减振措施。
本发明的实施方式提供了一种传感器，优选是一种加速度传感器和/或转速传感器。该传感器具有进行测量的传感器元件，它优选包括振动质量并在预设的频率范围内工作。根据本发明，该传感器包括至少一个有弹性的减振元件，它缓冲外部的干扰振动以及干扰频率。该减振元件被安装在传感器元件上并具有用于电地和/或机械地接触传感器元件的器件。
根据本发明的、特别是用于在关乎安全的汽车系统内测量加速度和/或转速的传感器单元包括至少一块电路板，传感器通过一种合适的方法，例如熔焊、钎焊、粘贴和/或螺纹连接固定在电路板上。以有利的方式，使包括在传感器内的传感器元件的测量结果产生错误的干扰振动亦或是干扰频率可以通过至少一个有弹性的减振元件缓冲，该减振元件设置在传感器元件和电路板之间。以有利的方式，减振元件安装在传感器元件上并且具有用于电地和/或机械地接触传感器元件的器件。通过这种方式可以使进行测量的传感器元件有效地通过减振元件与位于传感器单元内的其他结构组件、例如电路板和/或壳体和/或分析和控制单元解耦。根据本发明的传感器可以通过用于电接触和/或机械接触的器件装配在传感器单元内。
在根据本发明的用于制造传感器单元的方法中，传感器单元具有电路板以及带传感器元件的传感器，传感器的传感器元件与至少一个有弹性的减振元件相连，其中，传感器元件通过用于电地和/或机械地接触所述至少一个减振元件的器件与电路板电连接和/或机械相连。根据本发明的方法的实施方式是灵活可变的，因为可以采用很多种在减振元件和电路板之间的固定连接方案。有弹性的减振元件可以例如钎焊、熔焊、粘贴或者拼接在电路板上，而不会损坏与减振元件相连的传感器元件。
通过在下文中提出的措施和改进可以有利地对根据本发明的传感器和根据本发明的用于制造传感器单元的方法进行改善。
特别有利的是，为了电地和/或机械地接触传感器元件，所述至少一个有弹性的减振元件可以具有至少一个弹簧元件，该弹簧元件具有至少一个接触元件。弹簧元件可以例如被实施成具有两个接触面。这里传感器元件可以固定在第一接触面上。通过第二接触面可以使位于传感器单元内的传感器固定在电路板上。以有利的方式，弹簧元件可以由导电的、易于钎焊并且不会腐蚀的材料制成，并且传感器元件可以与电路板电连接，从而可以以有利的方式在传感器和设置在电路板上的分析和控制单元之间实现电学数据交换。此外，有利地通过在宽的极限范围内选择弹簧元件的材料，可以对不期望发生的振动或者说频率的缓冲进行调整。此外，使用弹簧元件以有利的方式降低材料成本。
在根据本发明的传感器的有利的结构方案中，所述至少一个弹簧元件可以实施成冲裁弯曲件。这实现了弹簧元件的低成本大批量制造。
在根据本发明的传感器的另一种有利的结构方案中，可以使弹簧元件由有弹性的例如优选实施成液态硅橡胶(LSR)的减振材料包围。这种LSR材料可以以有利的方式填满预设形状的中间空间，所述至少一个弹簧元件被安装在该中间空间内。由此可以使传感器以几乎任意的外部形状被引入。此外，LSR材料具有减振和绝缘性能，这可以保护导电的弹簧元件，和/或避免电路短路，和/或加强弹簧元件的减振性能。
在根据本发明的传感器的另一种有利的实施方式中，所述至少一个有弹性的减振元件可以实施成导电粘接连接部，它具有预设的粘性和/或韧性。在这种实施方式中以有利的方式取消了至少一个生产步骤，因为传感器例如与传感器单元的电路板的电接触亦或机械接触以及有弹性的减振材料的引入可以在一个生产步骤中完成。
在根据本发明的传感器的另一种有利的结构方案中，传感器元件测量加速度和/或转速。以有利的方式，易受干扰的传感器元件可以通过有弹性的减振元件可靠地免受干扰振动或者干扰频率的影响。此外，可以提供较小的易于安装的传感器用于关乎安全的汽车系统中。
在根据本发明的用于制造传感器单元的方法的有利的设计方案中，有弹性的减振元件可以由至少一个具有至少一个接触元件的弹簧元件制成，其中，所述至少一个弹簧元件可以冲裁弯曲方法制成并且在与传感器元件相连后浇注入一种有弹性的减振材料。在此，在浇注时留出所述至少一个弹簧元件的接触元件，所述接触元件与电路板相连。弹簧元件的另一个接触元件可以与传感器元件相连。以有利的方式，包括传感器元件和减振元件的传感器可以固定在几乎任一个表面上，由此可以使传感器单元个别地与安装环境相适应。
在根据本发明的用于制造传感器单元的方法的一个可选实施方式中，所述至少一个有弹性的减振元件可以实施成具有预设的粘性和/或韧性的导电粘接连接部。导电粘接剂可以被引入电路板和传感器元件之间，从而使传感器元件与电路板电连接和机械连接。以有利的方式，通过这种方法可以实现低成本的减振元件和简单的电接触和/或机械接触。此外，可以通过省去至少一个加工步骤降低制造成本。在这种实施方式中，此外需要更少的安装空间。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且将在下面的说明中进一步阐述。附图中，相同的附图标记表示具有相同或者相似功能的组件或者元件。
图1示出了根据本发明的传感器单元的一个实施例的截面示意图；
图2示出了用于图1中的根据本发明的传感器单元的弹簧元件在第一加工状态下的示意图；
图3示出了图2中的弹簧元件在第二加工状态下的示意图；
图4和图5分别示出了图2或图3中的弹簧元件在放入加工模具内的示意图，该加工模具用于制造用于图1中的根据本发明的传感器单元的传感器；
图6示出了用于图1中的根据本发明的传感器单元的传感器在第一加工状态下的示意图；
图7示出了图6中的传感器在第二加工状态下的示意图；
图8示出了用于图1中的根据本发明的传感器单元的传感器在第三加工状态下的示意图；
图9示出了图1中的根据本发明的传感器单元在第一加工状态下的示意图；
图10示出了根据本发明的传感器单元的另一个实施例的截面示意图。
具体实施方式
从图1至图10可以看出，传感器单元1、1′所示的实施例各自包括一块电路板20、20′和具有用于测量物理量值的传感器元件12、12′的传感器10、10′。
根据本发明，传感器10、10′包括至少一个有弹性的减振元件14、14′，它们缓冲外部的干扰振动或者说干扰频率，并且减振元件具有用于实现传感器元件10、10′的电接触和/或机械接触的器件14.1、14.1′。弹性的减振元件14、14′设置在电路板20和传感器元件12之间，并且在所示的实施例中减振元件与传感器元件12、12′一起构成传感器10、10′。
从图1至9还可以看出，有弹性的减振元件14在第一实施例中具有至少一个具有两个接触元件14.3的弹簧元件14.1。有弹性的减振元件14的所有弹簧元件14.1各自通过第一接触元件14.3的第一接触面14.4与传感器元件12的与之相对应的第一接触区域12.1相连。各单个弹簧元件14.1的第一接触面14.4可以压紧、粘贴、钎焊、熔焊或者拼接在传感器元件12的与之相对应的第一接触区域12.1上。每个弹簧元件14.1通过第二接触元件14.3的第二接触面14.5与传感器单元1的电路板20相连。为了实现连接可以使用任意一种合适的连接技术，例如挤压、粘贴、钎焊、熔焊或者拼接。
从图1中还可以看出的是，各单个弹簧元件14.1由一种有弹性的被设计成液态硅橡胶(LSR)的减振材料14.2包围。它优选具有绝缘的特性并且可以额外起到保护和减振的作用。在根据本发明的传感器的可选的未示出的实施方式中，有弹性的减振元件可以仅仅包括固定在传感器元件12上的弹簧元件14.1。
特别地从图2和图3中还可以看出的是，弹簧元件14.1在冲压弯曲方法中由有弹性的具有优选易导电的、易钎焊的和不易腐蚀的表面的带状材料制成。这里，在第一步骤中，多个具有两个接触元件14.3的弹簧元件14.1由合适的带状材料冲裁而成，这里各单个的弹簧元件14.1在两端各自通过相应的连接带14.4互相连接。通过两次弯曲过程，使位于两个接触元件14.3之间的连接条成型为弹簧，其中，仍存在于各单个接触元件14.3和连接带14.4之间的支杆使其他的加工过程变得简单。在之后的加工步骤中支杆将沿着由虚线表示的截线14.7被分开。
除了所示的弹簧几何结构和所描述的用于制造弹簧元件14.1的加工方法也可以考虑其他的几何结构，例如很小的螺旋弹簧，以及其他合适的用于制造弹簧元件14.1的加工方法。
从图4和图5中还可以看出的是，为了制造传感器10将包括了多个弹簧元件14.1的带状材料的一部分插入加工模具15.1内，该模具具有用于接触元件14.3的凹槽。
从图6中还可以看出的是，传感器元件12优选被设计成加速度和/或转速传感器元件，并且包括未表示出的振动质量以及多个第一接触区域12.1，传感器元件12被放置在弹簧元件14.1上，使接触元件14.3的第一接触区域14.4基本上被传感器元件12的第一接触区域12.1覆盖。接着，接触元件14.3的第一接触面14.4与传感器元件12的第一接触区域12.1相连。在所示的实施例中，弹簧元件14.1的第一接触面14.4被钎焊在传感器元件12的第一接触区域12.1上，其中，至少一个弹簧元件14.1产生了一定大小的压力，从而实现可靠的钎焊过程。
从图7中还可以看出的是，加工模具15.1通过其他的加工模具15.2进行封闭，从而在位于传感器元件12和加工模具15.1之间的弹簧元件14.1的区域内产生封闭的空间，在这个空间内填入减振材料14.2，特别是液态硅橡胶。通过空气通道保证中间空间被完全填满，从而弹簧元件14.1完全被减振材料14.2包围。此外可以采取措施，例如通过使加工模具15.1相应地成型，从而在填充中间空间时留出弹簧元件14.1的接触元件14.3，该接触元件与电路板20的接触区域20.1相连。在LSR材料或者说减振材料14.2变硬之前，将移开加工模具15.1、15.2，如同从图8中进一步了解的那样。这里，连接带14.6沿着在图3和图4中所示的截线14.7从接触元件14.3上分离。接着，LSR材料或者说减振材料14.2在烘箱内变硬。之后，有弹性的减振元件14与传感器元件12相连从而成为传感器10的一部分。传感器10现在可以进行最后的测试或者被输送到一条传动带(Gurtung)用于进一步的加工。
进一步从图9中可以看出的是，已经加工好的传感器12通过第二接触元件14.3的第二接触面14.5与电路板20的第二接触区域20.1电地和/或机械地相连。此外，电路板20可以通过其他的未表示出的减振元件进行减振，减振元件可以被安装在未表示出的壳体和电路板20之间。此外，可以在电路板20上放置其他的部件和组件，例如处理单元和控制单元，从而完善传感器单元1。
进一步从图10中可以看出的是，未表示出的第二实施例同样具有有弹性的减振元件14′，它被布置在传感器元件12′和电路板20′之间。与第一实施例不同的是，有弹性的减振元件14′包括了多个导电粘接连接部20.1′，它具有预设的粘性和/或韧性。通过这种方式提供在传感器元件12的第一接触区域12.1′和电路板20′的第二接触区域20.1′之间的电连接和机械连接，其中，导电粘接剂额外地起到减振的作用。对用于导电粘接连接部14.1′的导电粘接剂进行选择，使得在变硬之后具有所需的粘性和韧性，从而可以实现弹簧质量系统，该弹簧质量系统具有作为质量的传感器元件12和作为减振元件14′的导电粘接剂点。第二种实施例的优点在于很小的成本和很低的结构高度。为此在必要的时候不得不忍受对温度的强依赖性以及对于导电粘接剂应用的高要求。
为了制造包括电路板20′以及带有传感器元件12′的传感器10′的传感器单元1′，分别在传感器元件12′的第一接触区域12.1′和电路板20′的第二接触区域20.1′之间注入具有预设粘性和韧性的导电粘接剂，其中，传感器元件12′优选被实施成加速度传感器元件和/或转速传感器元件12并且具有振动质量以及多个第一接触区域12.1′。然后导电粘接剂变硬。各单个导电粘接连接部14.1′的变硬的导电粘接剂作为有弹性的减振元件14′起作用并且与传感器元件12′一起同样构成弹簧质量系统，该系统吸收不期望发生的干扰振动以及干扰频率。
Claims (10)
1.一种传感器，具有用于测量物理量值的传感器元件(12、12′)，其中，所述传感器具有至少一个有弹性的减振元件(14、14′)，所述减振元件对外部的干扰振动进行缓冲，并且所述至少一个有弹性的减振元件(14、14′)具有用于电地和/或机械地接触所述传感器元件(12、12′)的器件，其中，为了电地和/或机械地接触所述传感器元件(12)，所述至少一个有弹性的减振元件(14)具有至少一个弹簧元件(14.1)，该弹簧元件具有至少一个接触元件(14.3)，其中，所述至少一个弹簧元件(14.1)通过所述弹簧元件(14.1)的第一接触面(14.4)与所述传感器元件(12、12′)的相对应的第一接触区域(12.1)连接，其特征在于，所述弹簧元件(14.1)具有第二接触面(14.5)以使所述传感器元件(12、12′)与电路板(20)接触。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述至少一个弹簧元件(14.1)为冲裁弯曲件。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述弹簧元件(14.1)由有弹性的减振材料(14.2)包围。
4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述有弹性的减振材料(14.2)为液态硅橡胶(LSR)。
5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述至少一个有弹性的减振元件(14′)为导电粘接连接部(14.1′)，所述导电粘接连接部具有预设的粘性和/或韧性。
6.根据权利要求1至5之一所述的传感器，其特征在于，所述传感器元件(12、12′)测量加速度和/或转速。
7.一种传感器单元，具有传感器(10、10′)和用于安装传感器(10、10′)的电路板(20、20′)，其特征在于，所述传感器(10、10′)根据权利要求1至6中任一项实施。
8.一种用于制造传感器单元的方法，该传感器单元具有电路板(20、20′)以及带传感器元件(12、12′)的传感器(10、10′)，其中，所述传感器(10、10′)的传感器元件(12、12′)与至少一个有弹性的减振元件(14、14′)相连，所述传感器元件(12、12′)通过用于电地和/或机械地接触所述至少一个减振元件(14、14′)的器件与电路板(20、20′)相连，其中，所述至少一个有弹性的减振元件(14)由具有至少一个接触元件(14.3)的至少一个弹簧元件(14.1)制成，其中，所述至少一个弹簧元件(14.1)通过所述弹簧元件(14.1)的第一接触面(14.4)与所述传感器元件(12、12′)的相对应的第一接触区域(12.1)连接，其特征在于，所述弹簧元件(14.1)具有第二接触面(14.5)以使所述传感器元件(12、12′)与电路板(20)接触。
9.根据权利要求8所述的用于制造传感器单元的方法，其特征在于，所述至少一个弹簧元件(14.1)利用冲裁弯曲工艺制成并且在与传感器元件(12)相连后浇注有弹性的减振材料(14.2)，其中，在浇注时留出所述至少一个弹簧元件(14.1)的接触元件(14.3)，所述接触元件与电路板(20)相连。
10.根据权利要求8所述的用于制造传感器单元的方法，其特征在于，所述至少一个有弹性的减振元件(14′)为具有预设的粘性和/或韧性的至少一个导电粘接连接部(14.1′)，其中，所述至少一个导电粘接连接部(14.1′)被引入电路板(20′)和传感器元件(12′)之间，以使传感器元件(12′)与电路板(20′)电地和机械地连接。
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