CN105556286A - 用于监控润滑剂状态的传感器设备以及用于制造传感器设备的方法 - Google Patents

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Abstract

滚动轴承包括多个滚动体，所述滚动体在运行时在滚动面上滚动。为了减小在滚动时的摩擦，通常给滚动轴承供给润滑剂。然而，润滑剂在运行时因持续负荷、老化或者热影响在质量上变差或者因间隙等而损失。本发明基于如下目的，提出一种传感器设备，所述传感器设备能够功能可靠地运行。对此，提出一种用于监控润滑剂腔12中的润滑剂状态的传感器设备1，具有发送器平台9，其中在所述发送器平台9上设置有多个二极管装置14，具有测量窗装置5，其中所述测量窗装置5设置在所述测量腔13和所述润滑剂腔12之间，具有接收器装置16，其中所述二极管装置14中的至少一个包括DIE？22以及塑料顶25，所述塑料顶25和所述DIE？22经由接触面26连接，其中所述接触面26设置在所述DIE？22的上侧上。

Description

用于监控润滑剂状态的传感器设备以及用于制造传感器设备的方法
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的用于监控润滑剂腔中的润滑剂状态的传感器设备。此外，本发明涉及一种用于制造传感器设备的方法。
背景技术
滚动轴承包括多个滚动体，所述滚动体在运行时在滚动面上滚动。为了减小在滚动时的摩擦，通常给滚动轴承供给润滑剂。然而，润滑剂在运行时因持续负荷、老化或者热影响而在质量上变得更差或者因间隙等而损失。变差的润滑剂或者减少的润滑剂量的结果是，滚动轴承中的摩擦提高并从而此外滚动轴承的寿命缩减。
在文献WO2009/030202A1中提出了一种测量设备和一种用于分析滚动轴承的润滑介质的方法。测量设备包括多个发送二极管，所述发送二极管将近红外范围中的光发送到位于测量窗后方的测量部位上，所述测量窗与润滑剂接触。此外，测量设备包括接收装置，所述接收装置接收发送二极管的回射的光。因为特定的波长范围对于润滑剂的质量状态是有效力的，所以可以通过评估从测量部位回射的光的光谱来说明滚动轴承中的润滑剂的质量和/或量。
形成最接近的现有技术的文献DE102010015084A1涉及一种用于红外传感器的传感器部件以及一种用于其制造的方法。传感器部件例如用于在之前提到的文献的测量设备中使用。传感器部件包括轮廓化的印刷电路板，其中发送二极管设置在圆形的印刷电路板部段上。发送二极管构成为所谓的裸片(DIE)。传感器部件容纳在套筒中，所述套筒通过对于IR辐射并因此对于测量辐射可透过的、基于硅酮的凝胶填充，使得一方面发送二极管和接收装置的彼此的位置不再改变，另一方面挤出氧气和水蒸汽，并且第三，改进构成为DIE的发送二极管至周围环境之间的光学过渡部。
发明内容
本发明基于如下目的：提出一种传感器设备，所述传感器设备在有利的制造的情况下能够功能可靠地运行。本发明也基于如下目的：公开一种用于制造所述传感器设备的方法。该目的和其它目的通过具有权利要求1的特征的传感器设备以及通过具有权利要求13的特征的方法实现。本发明的优选的或者有利的实施方式从从属权利要求中、下述描述以及所附的附图中得出。
在本发明的范围中，提出一种传感器设备，所述传感器设备适合于和/或构成用于监控润滑剂腔中的润滑剂状态。尤其，传感器设备构成为，识别润滑剂、尤其润滑脂的状态改变。通过传感器设备尤其能够监控水含量、浑浊度、热和/或机械磨损和/或润滑剂的温度。尤其，使用NIR(近红外范围)和/或MIR(中红外范围)中的光谱作为用于监控的测量辐射。可能的测量方法在一开始提到的文献WO2009/030202A1中予以描述，其关于测量方面的公开内容通过参引并入本文。
传感器设备包括发送器平台，其中在发送器平台上设置有多个二极管装置作为用于测量辐射的发送装置。发送器平台尤其构成为电路板的部段。二极管装置构成用于发出在NIR和/或MIR范围中的测量辐射。特别优选的是，设有至少两个不同的二极管装置作为发送装置，其中不同的二极管装置的区别在于被放射的测量辐射的光谱。发送器平台设置在传感器设备的测量腔中。
此外，传感器设备包括测量窗装置，所述测量窗装置形成从测量腔到润滑剂腔中的过渡部。测量窗装置例如能够构成为玻璃盘、尤其构成为蓝宝石玻璃盘。在运行时特别优选的是，测量窗装置直接地与润滑剂腔中的润滑剂接触和/或与其物理接触。
此外，传感器设备具有至少一个接收器装置、例如接收二极管，所述接收二极管同样设置在测量腔中并且构成用于接收已从测量窗装置回射的测量辐射。在运行时，由发送装置沿着朝向测量窗装置的方向放射测量辐射。在该处，测量辐射被散射和/或反射，其中测量辐射的光谱和/或强度受与测量窗装置邻接的润滑剂的影响而根据润滑剂的状态来改变。通过监控测量辐射的光谱和/或强度的改变能够推测出润滑剂的状态。例如能够通过发送装置的回射的具有第一光谱的测量辐射和发送装置的回射的具有第二光谱的测量辐射的比值推测出润滑剂的状态。
构成为发送装置的二极管装置中的至少一个、优选一些并且尤其所有的二极管装置(必要时分别)包括所谓的DIE。DIE在半导体技术中是单个未封装的半导体芯片的名称。其也能够称为“Nachtchip”。其通常通过锯割或者折断已完成处理的晶片变为矩形的部分(晶圆切割，dicing)，在所述矩形的部分上存在各一个完全的、有功能的构件。Dice在英语里表示“立方体”，然而因为晶片是非常薄的，所以DIE仍然看起来不是立方体状的，而是在其形状方面优选对应于扁平的长方体。尤其，二极管装置构成为“裸芯片”或者“裸晶片”。在具体情况下无壳体地实现至少一个二极管装置。
在本发明的范围中提出：传感器设备具有至少一个顶，其中所述顶放置在至少一个二极管装置上并且其中所述顶和DIE经由接触面连接。接触面设置在DIE的上侧上，其中在相同的上侧上设置有二极管装置的发光的二极管区域。尤其，顶仅经由DIE的表面上的接触面与DIE连接。
本发明的优点在于：通过在宽度延伸中非常窄地构造的顶能够实现非常高的包装密封性或者二极管装置彼此间的非常大的间隔。二极管装置之间的这种间隙是必要的，因为该间隙为用于引线键合接触的工具所需并且因此对于引线键合工具而言是需要的。此外，顶的接上具有下述优点：所述顶不妨碍从二极管装置沿着侧面方向至二极管装置的散热。顶承担调整从二极管装置至周围环境的折射率指数的功能。因此，能够弃用针对这种功能对传感器设备的液体填充。尤其，传感器设备设置在具有空气环境的测量腔中。以这种方式，传感器设备(相对于现有技术)是更耐老化的并从而是更可靠的。此外，排除了在液体发热时的热问题，使得改进了传感器设备的功能能力。
在本发明的一个优选的设计方案中，顶构成为平放的滴状物和/或构成为具有削平的底面的半球形形状，其中顶的底面形成对DIE的接触面。通过这种造型一方面能够以原始形状、尤其液态地施加顶，其中顶的形状通过表面张力本身形成，使得不需要用于所述顶其它成型的措施。另一方面，所述顶在该设计方案中形成聚光透镜，使得测量辐射沿着朝向测量窗装置的方向聚焦和/或成束。
在本发明的一个优选的改进方案中，DIE具有衬底或者构成为衬底，所述衬底具有侧面，其中在侧面和上侧之间构成有外边棱，并且其中接触面邻接于DIE的上侧从而衬底的上侧并且与侧面隔开。尤其，上侧和侧面之间的外边棱在制造顶时通过以液态形式施加作为浇注件形成用于浇注件的流动阻碍部。通过借助于上侧的外边棱对顶限界，接触面与顶的平坦的基面相比缩小或者被限制并且通过浇注料的表面张力形成具有小的曲率半径并从而具有大的光学折射率的顶。在该设计方案中，除了二极管装置的小的构造空间需求外将测量辐射在贯穿顶时的光学衰减保持得小。
在一个优选的结构上的设计方案中，发送器平台构成为电路板(印刷电路板)，其中DIE例如经由粘胶固定在电路板上并且经由引线键合通过引线与电路板电连接。在本发明的一个优选的设计方案中，至少一个用于引线键合的引线的连接区域设置在接触面上，使得顶除了光学作用外还实行引线的固定，使得功能可靠性提高。这种结构上的设计方案也反映了用于制造传感器设备的所述方法的一个优选的设计方案，其中首先将DIE固定在电路板上，随后经由引线键合与电路板连接并且在引线键合之后放置顶。
在一个优选的结构上的设计方案中，传感器设备具有尤其柱形的壳体部段，其中设置有测量腔，在测量腔中具有发送装置和至少一个接收器装置。测量腔构成为壳体部段的内部空间。测量装置在自由端处封闭壳体部段。
在本发明的一个优选的改进方案中，传感器设备具有插入式壳体、尤其销状的插入式壳体，其中插入式壳体包括壳体部段。尤其，壳体部段形成插入式壳体的一部分。选择性补充地，发送器平台与发送器装置和/或至少一个接收器装置一起安装在壳体部段中的包套件或者三脚架构造中，以便能够使发送和接收装置彼此间的机械定位固定。插入式壳体优选具有小于10mm的并且尤其小于6mm的最大直径。前后一致地，发送器平台的最大直径也构成为小于10mm、尤其小于6mm。这种改进方案再一次强调如下需求：发送装置必须非常地小地构成，以便能够将这些发送装置集成到传感器设备中。
优选地，在发送器平台上设置有至少两个、优选至少或者恰好四个或者六个二极管装置。优选地，二极管装置被分为两组二极管装置，所述组关于所发射的测量辐射的光谱来区分。在运行时可行的是，这两组二极管装置能够彼此交替地运行，使得至少一个接收器装置获得第一测量辐射的经改变的光谱并且随后获得作为从测量窗装置回射的测量辐射的第二测量辐射的改型的光谱。优选地，所述组中的每一个具有三个二极管装置，使得测量窗装置能够均衡地或者均匀地被照亮。
在本发明的一个优选的结构上的实现方案中，在发送器平台上设置有所述或者另一接收器装置。另一接收器装置能够构成为参考接收器装置，以便能够在测量评估时考虑由二极管装置的老化或者脏污引起的效应。通过将所述或另一接收器装置集成在发送器平台上进一步减少了发送器平台上的位置，使得增强了对微型化二极管装置的需求。
特别优选地，发送器平台形成柔性电路板(Flexplatine)的子区域，其中柔性电路板此外具有接收器平台，所述接收器平台在安装状态中沿着传感器设备的光学轴线与发送器平台平行错开地设置。发送器平台和接收器平台之间的连接通过柔性电路板的其它子区域提供。以这种方式能够由柔性电路板制造传感器设备的传感器部件，所述传感器部件不仅承载发送装置而且承载接收器装置。
本发明的另一个主题涉及一种用于制造如在上文中所描述的或者根据上述权利要求中任一项所述的传感器装置的方法，其中在第一步骤中将至少一个二极管装置的一个或多个DIE放置到发送器平台上并且将其与发送器平台连接，并且其中接下来的步骤中将顶放置到DIE上。尤其，顶作为浇注料施加到DIE上。浇注料并由此顶的材料例如是塑料、尤其是UV硬化的塑料。替选于此，也能够使用树脂。
通过后续地施加呈液态材料形式的顶实现：在安装时将二极管装置的位置需求最小化，因为顶在后续的时间点才被放置。优选地，在将二极管装置放置、尤其固定到发送器平台上和施加顶之间，二极管装置借助于引线键合与构成为电路板的发送器平台电接触。引线键合尤其是热压键合(TC键合)、热超声球楔键合(TS键合)或者超声波楔楔键合(US键合)。在引线键合中，至少一个引线一方面键合到二极管装置的二极管接触部位上而另一方面键合到发送器平台的、尤其电路板的发送器接触部位上。二极管接触部位特别优选通过顶遮盖或者通过浇注料浇注。优选地，用于键合的引线具有小于50μm的直径。
附图说明
本发明的其它特征、优点和效果从接下来对本发明的一个优选的实施例的描述以及所附的附图中得出。在此示出：
图1示出作为本发明的一个实施例的传感器设备的示意性的三维视图；
图2示出图1中的传感器设备的测量原理的示意图；
图3示出在上述附图中的传感器设备的传感器部件的示意性的三维视图；
图4示出上述附图的传感器设备的二极管装置的示意性的侧向俯视图。
具体实施方式
图1示出作为本发明的一个实施例的用于监控润滑剂腔中的润滑剂状态的传感器设备1的示意性的三维视图。
传感器设备1包括插入式壳体2，所述插入式壳体在端部上设置有线缆3用于传输信号并且用于供给电压。插入式壳体2例如具有5mm的外直径和40mm的长度，使得传感器设备实现为微型化传感器。插入式壳体2通过其自由端引入到润滑剂腔中，使得自由端与在润滑剂腔中的润滑剂物理接触。插入式壳体2例如可以用于监控滚动轴承中的、例如大型滚动轴承中的润滑脂，其中插入式壳体2通过其自由端穿过滚动轴承中的开口在具有润滑脂的滚动体腔中或其上定位。
微型化传感器的实施方案具有如下优点：传感器设备1在没有大的结构耗费的情况下可以近似设置在包含润滑剂的设备的任意位置处。
传感器设备1的自由端形成壳体部段4，所述壳体部段在端侧通过测量窗装置5封闭。在壳体部段4中，由单环6a、b、c构造的测量包套件与测量窗装置5相邻地设置，所述单环形成间隔环和稳定化环。在插入式壳体2中，随后接着是评估装置7，所述评估装置承担局部的电压供给和对传感器设备1中的信号的处理或预处理。
在图2中示出在壳体部段4的区域中的传感器设备1的示意图，以便描述所述测量方法。在壳体部段4中设置有电路板8，所述电路板包括发送器平台9以及接收器平台10。发送器平台9和接收器平台10垂直于插入式壳体2的纵向延伸地定向。如从接下来的附图中所得出的那样，接收器平台10并非整面地构成，使得测量窗装置5仅局部地通过接收器平台覆盖。壳体部段4通过测量窗装置5封闭，所述测量窗装置由蓝宝石玻璃构成。在运行时，测量窗装置5与润滑剂腔12中的润滑剂11接触。而具有发送器平台9和接收器平台10的电路板8设置在测量腔13中，其中润滑剂腔12和测量腔13通过测量窗装置5彼此分开。
在发送器平台9上设置有多个二极管装置14，所述二极管装置能够发射测量辐射15。二极管装置14取向为，使得这些二极管装置沿着朝向测量窗装置5的方向并从而沿着朝向润滑剂11的方向发送测量辐射15。在接收器平台10上设置有作为测量检测器的接收器装置16，所述测量检测器取向为，使得该测量检测器能够接收从测量窗装置5回射的测量辐射15。测量辐射15的回射一方面由于测量辐射15被润滑剂11或被测量窗装置5反射而引起。另一方面，回射的测量辐射15是漫散射的测量辐射15。出自二极管装置14的测量辐射15的一部分直接在接收器平台10的下侧上散射或反射并且回射到另一接收器装置17中，所述另一接收器装置在发送器平台9上设置在二极管装置14之间并且作为参考检测器来工作。所示出的壳体部段4中的内直径d为4.0mm。
二极管装置14发射在不同的波长范围中的测量辐射15并且例如彼此交替地激活。通过对从润滑剂11回射的测量辐射15的强度的比较，能够推测出测量辐射15中的特定的光谱范围的吸收并从而推测出润滑剂11的状态。
图3示出作为传感器部件的电路板8的示意性的三维视图。可以看到，电路板8一件式地构成。发送器平台9近似圆形地构成，而接收器平台10三轴式地实现，其中轴线分别V形地伸展。发送器平台9和接收器平台10分别具有贯通孔20，所述贯通孔叠合地定向并且分别承载螺栓18，使得其彼此间的相对位置固定。此外，单环6a、b、c在螺栓18上排成行。
在发送器平台9上设置有总共六个二极管装置14，然而所述二极管装置定位为，使得这些二极管装置沿着朝向测量窗装置5的方向不通过接收器平台10覆盖。
如从图3中得出的那样，电子构件、即二极管装置14和另一接收器装置17彼此非常紧密地定位。尽管对于多个二极管装置14而言位置是足够的，但是二极管装置14如在图4中示意性示出的那样构造。
图4在具有二极管装置14的发送器平台9的侧视图中示出细节部分。二极管装置14包括所谓的DIE22、即晶片地例如方形的件。DIE22包括衬底23，在所述衬底中设置有发射光的二极管区域24。二极管区域24例如构成为p型区域。
从DIE22至测量腔13中的环境空气的过渡部由于DIE22和环境空气之间的高的折射率差是关键性的。由于这个原因，在DIE22上放置顶25，其中所述顶25通过其整个接触面26设置在DIE22的发射光的上侧上。顶25通过将液态的塑料施加到DIE22上而制造，所述塑料粘例如是可UV硬化的。在施加期间自主形成顶25的半球形的形状，使得顶25同时构成为用于从DIE22或二极管区域24发射的测量辐射15的聚光透镜或者聚焦透镜。
在制造传感器设备1时，首先在第一步骤中例如在平稳的状态中给电路板8装配DIE22并且经由引线27将其与电路板8键合。引线27具有小于50μm的直径，使得能够非常节省构造空间地进行接触。在后续的步骤中，浇注料被施加到DIE22的上侧上并且硬化，使得形成顶25。浇注料尤其也包套二极管区域24的至少一个二极管接触部位21，使得该二极管接触部位在机械上是受保护的。接下来，通过成型使电路板8从二维的或者展开的形状变成图3中所示出的三维的形状并且进一步构造。
附图标记列表
1传感器设备
2插入式壳体
3线缆
4壳体部段
5测量窗装置
6a、b、c塑料环
7评估装置
8电路板
9发送器平台
10接收器平台
11润滑剂
12润滑剂腔
13测量腔
14二极管装置
15测量辐射
16接收器装置
17另一接收器装置
18螺栓
19缺失
20贯通孔
21二极管接触部位
22DIE
23衬底
24二极管区域
25顶
26整个接触面
27引线

Claims (13)

1.一种用于监控润滑剂腔(12)中的润滑剂状态的传感器设备(1)，
具有发送器平台(9)，其中在所述发送器平台(9)上设置有多个二极管装置(14)作为用于测量辐射(15)的发送装置，其中所述发送器平台(9)设置在测量腔(13)中，
具有测量窗装置(5)，其中所述测量窗装置(5)设置在所述测量腔(13)和所述润滑剂腔(12)之间，
具有接收器装置(16)，其中所述接收器装置(16)设置在所述测量腔(13)中并且构成用于接收从所述测量窗装置(5)回射的测量辐射(15)，
其中所述二极管装置(14)中的至少一个包括裸片(22)，
其特征在于，
设有顶(25)，其中所述顶(25)和所述裸片(22)经由接触面(26)连接，其中所述接触面(26)设置在所述裸片(22)的具有发射光的二极管区域(24)的上侧上。
2.根据权利要求1所述的传感器设备(1)，其特征在于，所述顶(25)构成为平放的滴状物或者以半球形形状构成，其中所述顶(25)的底面形成与所述裸片(22)的所述接触面(26)。
3.根据权利要求1或2所述的传感器设备(1)，其特征在于，所述裸片(22)具有衬底(23)，所述衬底具有侧面，其中所述接触面(26)邻接于所述裸片(22)的所述上侧。
4.根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备(1)，其特征在于，所述顶(25)构成为塑料顶。
5.根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备(1)，其特征在于，所述发送器平台(9)构成为印刷电路板(8)，其中所述裸片(22)固定、尤其粘接在所述印刷电路板(8)上，并且所述裸片(22)经由引线键合与所述印刷电路板(8)电连接。
6.根据权利要求5所述的传感器设备(1)，其特征在于，用于所述引线键合的引线(27)的连接区域设置在所述接触面(26)上。
7.根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备(1)，其特征在于，所述传感器设备(1)具有柱形的壳体部段(4)，其中所述测量腔(13)在所述壳体部段(4)的内部空间中构成，并且所述测量窗装置(5)在自由端处封闭所述壳体部段(4)。
8.根据权利要求7所述的传感器设备(1)，其特征在于，设有插入式壳体(2)，其中所述插入式壳体(2)包括所述壳体部段(4)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备(1)，其特征在于，所述发送器平台(9)和/或所述发送器平台(9)的区域中的所述内部空间的最大直径构成为小于10mm、尤其小于6mm。
10.根据上述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)，其特征在于，在所述发送器平台(9)上设置有至少两个、优选至少或者恰好四个二极管装置，所述二极管装置分别具有顶(25)。
11.根据权利要求10所述的传感器设备(1)，其特征在于，在所述发送器平台(9)上设置有所述接收器装置或另一接收器装置(16，17)。
12.根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备(1)，其特征在于，所述发送器平台(9)形成柔性的印刷电路板(8)的子区域。
13.一种用于制造根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备(1)的方法，其特征在于，在第一步骤中将至少一个二极管装置(14)的裸片(22)放置到发送器平台(9)上，并且在后续的步骤中将所述顶(25)放置到所述裸片(22)上。
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