CN104819771A - 粘合有驱动器的振动传感器 - Google Patents
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Abstract
一种振动传感器(1)，包括可通过驱动器(3)激发而振动的膜(5)，其中驱动器具有至少一个压电致动器，驱动器(3)设计成与膜(5)粘合的，其中膜(5)具有至少一个定中心器件(10)，其设计成适于定向并保持驱动器(3)相对于膜(5)居于中心。
Description
技术领域
本发明涉及根据专利权利要求1前序部分的振动传感器。
背景技术
现有技术公开了例如用作振动限位开关的振动传感器。在这种情况下，振动传感器具有可由驱动器激发而振动的膜，并且安装在该膜上的机械振荡器借助于该膜可被激发而振动。与机械振荡器覆盖填充材料的状态无关，并且与这种填充材料的粘度无关，这个机械振荡器以特征频率振动，该特征频率可由振动传感器检测，并可转变成测量信号。
在这种振动限位开关中使用粘合的驱动器是已知的，其中为了在膜上产生粘合层，转接器陶瓷元件与膜相粘合，并且转而在所述转接器陶瓷元件上涂敷粘合层，用这个粘合层来粘合压电致动器，最后借助于柔性印刷电路板(所谓的挠性电路板)与所述压电致动器形成接触。在上述生产过程中，用均匀的薄粘合层来把单个的组件一个粘结在另一个之上是困难的，因为这些粘合层的厚度作为粘合剂的粘度、使用的粘合剂的量、以及施加的接触力的函数而变化。然而，不同厚度的粘合层对目标测量结果有影响，因此导致测量结果不想要的偏差。
此外，经证实，在上述组装过程中保持单个的组件彼此同心，并且必须把所述单个的组件放置成相对于膜居于中心是不利的。为了使单个的组件居于中心并为了粘合过程，迄今为止，已知的现有技术通过使用由合成塑料材料制成的外壳达到了这些要求。
发明内容
本发明的目的在于获得一种改进的、避开现有技术已知缺陷的振动传感器。
这个设计目的借助于显示出专利权利要求1中公开特征的振动传感器并借助于显示出专利权利要求17中公开特征的生产振动传感器的方法来实现。
包括膜(其可通过驱动器激发而振动)的本发明振动传感器，具有驱动器，其包括至少一个压电致动器，在这种情况下，驱动器与膜粘合，并且膜具有至少一个定中心器件，其设计成适于把驱动器相对于膜定向在中心。
基于前述，特别的，根据本发明的振动传感器由于设置在膜上的定中心器件能够省掉额外的用于把驱动器相对于膜定向的外壳，结果能够大幅度减少所需组件的数量。
定中心器件可设计成，例如，定中心凸起，其以居于中心的方式设置在膜上。
在本实施方式中，定中心凸起定义成定中心器件，其以套筒或中空圆筒的形式设计，并以居于中心的方式形成在膜上或者与所述膜整体模制成一件。特别的，这种设计成定中心凸起的定中心器件使得具有中心开口的驱动器(例如，其中转接器陶瓷元件和压电致动器在每种情况下都设计成环形，因此显示出中心开口)用这个开口滑到定中心凸起上的目的能够实现，这样做可自动地定向以便使驱动器相对于膜居于中心。
在本发明能够进一步简化组装的又一发展中，为了把驱动器和膜粘合在一起，定中心器件可设计成粘合剂的供给装置。特别的，如果定中心器件设计成中空圆筒，优选地，其沿径向具有至少一个开口，能够把驱动器推到定中心器件上，然后经由定中心器件供给粘合剂。所述粘合剂沿径向通过开口与驱动器和膜形成接触，并借助于毛细力分布在单个的组件之间。这种布局能够产生均匀的薄的并且高质量的粘合层，特别的，不依赖于添加的粘合剂的量。如果中空圆筒设计成沿纵向开槽的，那么开口沿径向的特别简单的结构可以实现。特别的，这种结构使得粘合剂能够与驱动器在定中心器件的整个高度上形成接触，因此实现了可靠的粘合。
以上实施方式是有利的，尤其是在驱动器由转接器陶瓷元件和压电致动器两个部分构建时，在这种情况下，转接器陶瓷元件设置在膜和压电致动器之间。
在这个实施方式中，把转接器陶瓷元件和压电致动器推到定中心器件上，然后通过加入粘合剂(优选地，其经由设计成供给装置的定中心器件)粘合在一起。然后粘合剂由于有效的毛细力会分布在膜和转接器陶瓷元件之间以及转接器陶瓷元件和压电致动器之间。在这种情况下，最终结果是在膜和转接器陶瓷元件之间以及在转接器陶瓷元件和压电致动器之间形成高质量、具有可再生厚度的粘合层。
由于膜、转接器陶瓷元件和压电致动器通常具有非常高质量的光滑表面，必须为所述表面提供表面结构，其设计成适于促进粘合剂在膜和转接器陶瓷元件之间和/或在转接器陶瓷元件和压电致动器之间散布。这种表面结构可设计成，例如，隆起和/或凹陷，其有选择地粘贴在和/或引入到膜、转接器陶瓷元件或压电致动器上。
用合适的表面结构能够在单个的组件之间可靠地设定限定的距离。然后有效的毛细力导致粘合剂进入到空间中，从而在组件之间散布，并产生期望的粘合。
表面结构可设计成，例如，凹陷，特别的，设计成凹槽，优选地，其或多或少沿径向延伸并引入到膜和/或转接器陶瓷元件和/或压电致动器中。
可替换或附加的，表面结构也可设计成隆起。在这种情况下，隆起可设计成，例如，至少一个网状物，其可粘贴在膜和/或转接器陶瓷元件和/或压电致动器的表面上。优选地，这种网状物可设计成沿周向延伸，并且优选地可设置在膜、转接器陶瓷元件或压电致动器的外缘上。这种隆起可借助于，例如，印刷工艺，特别是丝网印刷工艺生成。这种印刷工艺可用来生成清晰结构的、具有规定的层厚度的层，所以具有恒定的传感器性能的高质量制造是可能的。
表面结构，无论是凹陷或隆起，优选地，具有5到30μm的高度。
在附加的实施方式中，膜面向驱动器的顶面设计成凹的，所以在与驱动器平面的交互中产生空腔，粘合剂由于毛细力可极好地分布在空腔中。
根据本发明的进一步拓展，特别的，定中心器件和驱动器可具有设计成彼此匹配的外和/或内轮廓。外和/或内轮廓使得驱动器相对于膜能够以预先定义的定向设置。特别的，为此定中心器件可具有突出，其与驱动器上设计成与所述突出相匹配的凹处这样相互作用，即实现了驱动器沿膜的周向的某一定向。这种布局是方便的，尤其是在使用构建成四个部分的压电致动器作为驱动器时，在这种情况下，两个沿径向彼此相对设置的部分设计成发射器，即，为了激发振动，而另两个沿径向彼此相对设置的部分设计成接收器，即，为了检测振动。这里为了实现功能化布局，单个的部分相对于设置在膜上的机械振荡器必须以预先定义的定向，该布局可借助于例如上面描述的具有相互匹配的突出和凹处的钥匙和锁原理实现。
此外，接触柔性电路板可整合到钥匙和锁原理中。准确地说，在压电致动器分成四个部分的情况下，沿周向的正确定向是非常重要的，柔性电路板具有四个形成接触的极的特征也是必需的。
然而，由于柔性电路板必须以导电方式与压电致动器仅在四个点粘合，必须用导电粘合剂来进行附加的粘合过程。
根据本发明的生产方法，其供振动传感器的生产使用，振动传感器包括可通过驱动器激发而振动的膜，其中驱动器和膜相互粘合，并且驱动器具有至少一个压电致动器，以下步骤按列出的顺序执行：
-把驱动器以居于中心的方式设置在膜上，以及
-把粘合剂加入到邻近驱动器和膜的空间中，借此由于毛细作用，粘合剂分布在这些元件之间，以及
-固化粘合剂。
特别的，根据本发明的方法由于毛细作用能够获得一致的薄的并且高质量的粘合层，然而用现有技术的方法是不能获得这种粘合层的，其中粘合剂首先涂在膜上，然后把驱动器放置在所述膜上。
在本方法的又一拓展中，其中驱动器由至少一个转接器陶瓷元件和至少一个压电致动器组成，执行以下步骤：
-把转接器陶瓷元件以居于中心的方式设置在膜上；
-把压电致动器以居于中心的方式设置在转接器陶瓷元件上；
-把粘合剂加入到邻近膜和转接器陶瓷元件和压电致动器的空间中，由此粘合剂由于毛细作用分布在这些元件之间；以及
-固化粘合剂。
特别的，在这种情况下，根据本发明的方法适于以多个部分制成的驱动器。在这种情况下，驱动器的单个部分以居于中心的方式一个接着几个设置，然后粘合在一起。
上述方法是有利的，尤其是在粘合剂加入到定中心凸起中时，定中心凸起设计成供给装置，其或多或少以中空圆筒的形式设计并纵向开槽。所述定中心凸起保持驱动器相对于膜居于中心，或者更具体地，保持驱动器的组件相对于膜居于中心。
附图说明
以下参照附图详细说明本发明。附图示出了：
图1是振动传感器第一实施方式的立体图，其仅为了说明性目的提出；
图2是图1中的振动传感器的替代实施方式，不带驱动器；
图3是图2中的振动传感器的膜的剖视图，装有驱动器；
图4是图3中的布局的替代实施方式，有两种设计变体；
图5是图3和4中的布局的附加可行的实施方式；
图6是图3和5中的驱动器的组件的俯视图；以及
图7是振动传感器的附加实施方式。
具体实施方式
图1是简化形式的振动传感器1的立体图。为了更好的概览起见，未示出振动传感器1的外壳和电动执行机构，而仅示出振动传感器1的一个驱动器3，其对膜5起作用，及可借助于驱动器3振动的桨状物6。在本实施方式中，其仅为了说明性目的示出，膜5设计成圆的并具有圆周挡边9，特别的，圆周挡边9可用来把振动传感器1连接至附加组件，并周向支撑膜5。
在本实施方式中，其仅为了说明性目的示出，振动传感器1的驱动器3由压电致动器7和转接器陶瓷元件8构建而成，转接器陶瓷元件8设置在压电致动器7和膜5之间。所述驱动器借助于定中心器件10以所述驱动器相对于膜居于中心的方式定向。在本实施方式中，其仅为了说明性目的示出，定中心器件10设计成定中心凸起，其或多或少类似于销的形式，并模制在膜5上。这种定中心器件10可用来获得驱动器3相对于膜5的中心定向，所以对驱动器3而言无需外壳，而根据现有技术外壳是必需的。
本实施方式中的压电致动器7，其仅为了说明性目的示出，由四个区段组成，在这种情况下压电致动器7的径向相对的两个区段设计成发射器，即，为了激发膜5的机械振动，并随之激发桨状物6的机械振动，而另外两个径向相对的区段设计成接收器，即，为了检测机械振动。
图2示出图1中的振动传感器1的替代实施方式。为了更好的概览起见，在图2中未示出驱动器3。
图2中的振动传感器1或多或少的以类似于图1中的振动传感器1的方式构建。在本实施方式中，其仅为了说明性目的示出，定中心器件10设计成定中心凸起，其或多或少的以具有套筒或中空圆筒形状的元件的形式设计，以便所述定中心凸起模制在膜5居于中心的位置。在本实施方式中，其仅为了说明性目的示出，定中心器件10设计成在沿纵向的整个长度上开槽四次，以便在空间60(其借助于定中心器件10的中空构造在定中心器件10的内部形成)中存在与定中心器件10外部区域的连接。当由转接器陶瓷元件8和压电致动器7组成的驱动器3放在定中心器件10上时，这种布局使得能够把粘合剂注入到在定中心器件10内的空间60中，为此定中心器件10设计成供给装置。随后，作用于膜5和转接器陶瓷元件8之间以及作用于转接器陶瓷元件8和压电致动器7之间的毛细力导致粘合剂分布在这些组件之间，从而形成了具有可再生厚度的粘合层。
图3是图2中的振动传感器1沿线A-A的剖视图，其中在图3中，驱动器3放在定中心器件10上。
图3非常清楚地示出，在本实施方式中，其仅为了说明性目的示出，振动传感器1的膜5构造成面向驱动器3方向的凹面。由于转接器陶瓷元件8具有平的朝向膜5方向取向的顶面，当把转接器陶瓷元件8推到定中心器件10上时，在这两个组件之间形成空腔13。压电致动器7齐平的放在转接器陶瓷元件8上，并具有比转接器陶瓷元件8稍微小的直径。因此，在本实施方式中，其仅为了说明性目的示出，转接器陶瓷元件8和压电致动器7都设计成环形，并且在每种情况下都具有中心开口81、71，借助于该中心开口，转接器陶瓷元件8和压电致动器7可放到定中心器件10上。如上所述，定中心器件10设计成套筒或中空圆筒的形状，以便在定中心器件10内部的中空结构生成空间60，粘合剂可加入到该空间60中以粘合膜5、转接器陶瓷元件8和压电致动器7。
由于作用于膜5和转接器陶瓷元件8之间的毛细力以及作用于转接器陶瓷元件8和压电致动器7之间的毛细力，加入到空间60中的粘合剂由于粘合剂的粘性分布在这些组件之间，于是粘合层在整个表面上形成。由于有效的毛细力完全取决于使用的粘合剂的粘度以及组件之间的距离，能够在保持使用的组件及使用的粘合剂的质量的同时获得恒定厚度的粘合层，而与添加到空间60中的粘合剂的量无关。
图4示出图3中的驱动器3的两个替代实施方式。
在图4的左半部中，转接器陶瓷元件8具有可设计成凹陷12或隆起14的表面结构。从图3中的转接器陶瓷元件8开始，在图4的左半部中，凹陷12引入到转接器陶瓷元件8面向压电致动器7的一侧中，并且该凹陷12从转接器陶瓷元件8中心的开口81向外延伸。凹陷12导致自然存在于转接器陶瓷元件8和压电致动器7之间的距离增大了，所以改善粘合剂(其被加入到空间60中)在转接器陶瓷元件8和压电致动器7之间扩散的目的实现了。
替代实施方式示于图4的右半部中，这里凹陷12引入到压电致动器7面向转接器陶瓷元件8的表面中。用这个凹陷12也能够实现改善粘合剂在转接器陶瓷元件8和压电致动器7之间散布的目的。作为凹陷12的替代，也能够设置适当设计的隆起14，其也描绘在图4中。
同时上述凹陷12可设计成，例如，沿径向延伸的凹槽，或者也可以设计成直径稍微小于较小的上部组件的环形凹陷。可替换或附加地，描绘的隆起14可设计成网状物，其沿周向延伸，并可借助于例如丝网印刷工艺粘贴。
图5示出图2中的振动传感器1的附加的替代实施方式，在这个实施方式中，其仅为了说明性目的示出，选择具有平的表面(该表面相对于驱动器取向)的膜5。为了在这种情况下改善粘合剂(其被加入到空间60中)在转接器陶瓷元件8和膜5之间的扩散，膜5具有凹陷12，在本实施方式中，其仅为了说明性目的示出，该凹陷12借助于周向台阶实现，该周向台阶可在，例如，(由不锈钢制成的)膜5的生产过程中在车削作业中生成。在不脱离本发明主题的情况下，图3至5中描述的设计变体可自由地相互组合，所以例如具有平的顶面(该顶面相对于驱动器取向)的膜5的实施方式也是可能的，其中在这种情况下，例如，转接器陶瓷元件8可在其相对于膜5取向的顶面具有表面结构。
图6示出设计成环状的压电致动器7，和设计成环状的转接器陶瓷元件8，正如可用在图1至5中的振动传感器1的情况。为了更好的概览起见，凹陷12或隆起14(其可以设置或未设置)未在图6中示出。
压电致动器7，示于图6中，设计成具有中心开口71的，在这种情况下，放置在压电致动器7上的电极72形成将压电致动器7分成四块的实施方式，，或者更具体地分割成四个扇形部。在每种情况下，当驱动器3运转时，两个径向相对的电极72用作发射器，而另外两个径向相对的电极72用作接收器。转接器陶瓷元件8也形成具有中心凹处81的，在这种情况下，两个凹处71、81的直径相应于定中心器件10的直径，所以转接器陶瓷元件8和压电致动器7可基本自由的推到定中心器件10上，并且这样做可实现转接器陶瓷元件8和压电致动器7相对于膜5的中心定向。
图7示出图2中的振动传感器1的替代实施方式，在本实施方式中，其仅为了说明性目的示出，定中心器件10以这种方式设计，其借助于钥匙和锁原理不仅实现了驱动器3相对于膜5的中心定向，而且实现了沿周向预先定义的定向。
就这里提出的实施方式而言，所谓的钥匙和锁原理借助于压电致动器7和转接器陶瓷元件8的开口71、81的内轮廓与定中心器件10的外轮廓相匹配的实施方式实现。为了说明本实施方式，在图7的右手部分中放大了定中心器件10。在这种情况下，或多或少的设计成套筒形状并开槽四次的定中心器件10具有两个突出20，其彼此相向地设置，并形成防止旋转的外轮廓。压电致动器7，其示于图7的左手部分中代表驱动器3，具有设有凹处21的开口71，该凹处21设计成与突出20相匹配。所述凹处以这种方式设计，使驱动器3和定中心器件10可以采用预先定义的定向以防止旋转的方式相互连接。同时用于粘合驱动器和膜的单个的组件的上述原理可相应地适用。在这种情况下，压电致动器7的发射或接收电极72相对于桨状物6的位置的定向由设计成彼此匹配的内或外轮廓预先定义。
附图标记列表
1 振动传感器
3 驱动器
5 膜
6 桨状物
7 压电致动器
8 转接器陶瓷元件
9 挡边
10 定中心器件
12 凹陷/凹槽
13 空腔
14 隆起/网状物
20 突出
21 凹处
22 槽
60 空间
71 开口
72 电极
81 开口
Claims (19)
1.一种振动传感器(1)，包括可通过驱动器(3)激发而振动的膜(5)，其中所述驱动器(3)具有至少一个压电致动器(7)，并且所述驱动器(3)设计成与所述膜(5)粘合的，其特征在于：所述膜(5)具有至少一个定中心器件(10)，其设计成适于把所述驱动器(3)相对于所述膜(5)定向在中心。
2.如权利要求1所述的振动传感器(1)，其特征在于：所述定中心器件(10)设计成定中心凸起，其以套筒的形式设置在所述膜(5)的中心。
3.如前述任一权利要求所述的振动传感器(1)，其特征在于：所述定中心器件(10)设计成粘合剂的供给装置，所述粘合剂用于粘合所述驱动器(3)和所述膜(5)。
4.如权利要求3所述的振动传感器(1)，其特征在于：所述定中心器件(10)设计成中空圆筒。
5.如权利要求4所述的振动传感器(1)，其特征在于：所述中空圆筒(13)沿径向具有至少一个开口，优选地沿纵向开槽。
6.如前述任一权利要求所述的振动传感器(1)，其特征在于：转接器陶瓷元件(8)设置在所述膜(5)和所述驱动器(3)的压电致动器(7)之间。
7.如前述任一权利要求所述的振动传感器(1)，其特征在于：所述膜(5)和/或所述转接器陶瓷元件(8)和/或所述压电致动器(7)具有表面结构，其配置成适于促进所述粘合剂在所述膜(5)和所述转接器陶瓷元件(8)和/或在所述转接器陶瓷元件(8)和所述压电致动器(7)之间散布。
8.如权利要求7所述的振动传感器(1)，其特征在于：所述表面结构设计成引入到所述膜(5)和/或所述转接器陶瓷元件(8)和/或所述压电致动器(7)中的凹陷。
9.如权利要求8所述的振动传感器(1)，其特征在于：所述凹陷(12)设计成至少一个引入到所述膜(5)和/或所述转接器陶瓷元件(8)和/或所述压电致动器(7)的表面中的凹槽，优选地设计成大体沿所述径向延伸。
10.如权利要求7所述的振动传感器(1)，其特征在于：所述表面结构设计成隆起(14)。
11.如权利要求10所述的振动传感器(1)，其特征在于：所述隆起(14)设计成至少一个粘贴在所述膜(5)和/或所述转接器陶瓷元件(8)和/或所述压电致动器(7)的表面上的网状物(14)。
12.如权利要求11所述的振动传感器(1)，其特征在于：所述网状物(14)设计成优选地沿周向延伸，并优选地设置在所述膜(5)、所述转接器陶瓷元件(8)或所述压电致动器(7)的外缘上。
13.如权利要求10至12中任一所述的振动传感器(1)，其特征在于：所述隆起(14)通过印刷工艺生成，优选地是丝网印刷工艺。
14.如权利要求7至13中任一所述的振动传感器(1)，其特征在于：所述表面结构具有5至30μm的高度。
15.如前述任一权利要求所述的振动传感器(1)，其特征在于：所述膜(5)面向所述驱动器(3)的表面设计成凹的。
16.如前述任一权利要求所述的振动传感器(1)，其特征在于：所述定中心器件(10)和所述驱动器(3)具有设计成彼此匹配的外和/或内轮廓，所述轮廓使得所述驱动器(3)相对于所述膜(5)的布局处于预先定义的定向。
17.一种生产方法，用于振动传感器(1)的生产，所述振动传感器(1)包括可通过驱动器(3)激发而振动的膜(5)，其中所述驱动器(3)和所述膜(5)相互粘合，并且所述驱动器(3)具有至少一个压电致动器(7)，所述生产方法包括以下步骤：
-把所述驱动器(3)以居于中心的方式设置在所述膜(5)上，以及
-把粘合剂加入到邻近所述驱动器(3)和所述膜(5)的空间(60)中，借此由于毛细作用，所述粘合剂分布在这些元件之间，以及
-固化所述粘合剂。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述驱动器(3)由至少一个转接器陶瓷元件(8)和至少一个压电致动器(7)组成，所述方法包括以下步骤：
-把所述转接器陶瓷元件(8)以居于中心的方式设置在所述膜(5)上；
-把所述压电致动器(7)以居于中心的方式设置在所述转接器陶瓷元件(8)上；
-把所述粘合剂加入到邻近所述膜(5)、所述转接器陶瓷元件(8)和所述压电致动器(7)的空间(60)中，借此所述粘合剂由于毛细作用分布在这些元件之间；以及
-固化所述粘合剂。
19.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于：所述粘合剂加入到定中心凸起中，所述定中心凸起基本以中空圆筒的形式设计并纵向开槽，所述定中心凸起保持所述驱动器(3)居于中心。
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