CN113632324A - 用于车辆温度传感器的保护外壳 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于车辆的发动机的温度传感器(1)，包括：‑外壳(1)，包含电路板(14)并由设置有端子(8)的至少一对(2)导线(3)穿过，所述端子(8)由压接在布置在外壳(1)中的导体(5)上的部分构成，‑连接器(101)，包括至少一个金属插入件(10)，以确保与电路板(14)的电连接，其特征在于，外壳包括用于保持端子(8)的至少一个凸缘(9)，端子(8)被折叠。

Description

用于车辆温度传感器的保护外壳
技术领域
本发明涉及用于车辆的发动机的温度传感器及其制造方法。特别地，本发明涉及热电偶传感器。
背景技术
包括用于测量高温的热电偶的温度传感器广泛用于内燃机的排气系统领域。热电偶提供相对较高的测量精度。这就是为什么它们被用于这个对污染物排放控制有很高要求的领域。
热电偶的测量原理是基于塞贝克效应(Seebeck effect)，该效应体现为在两根不同金属线经受温差时的电位差。两根金属线在第一端焊接在一起，形成热接点(或热点)，用于测量待测环境的温度T1，例如排气系统的废气温度。热电偶的两根金属线还分别具有第二端，其各自通过处于参考温度T0的冷接点(或冷点)连接到电压表。
已知这种类型的温度传感器包括带有包含电压表的集成电路的印刷电路板(PCB)。集成电路是专用集成电路(ASIC)，它能够处理电压信号以将其转换为温度。它能够提供模拟或数字输出信号，并使用SENT(Single Edge Nibble Transmission)或PWM(Pulsed Width Modulation)或PSI(Peripheral Sensor Interface)类型的数字协议。
现有技术的这些温度传感器通常包括外壳，外壳包含印刷电路板，若干端子钎焊在该电路板上。端子被压接-并且可能焊接-在多股线的金属芯上。在热电偶传感器的情况下，这种连接称为冷接点。每个导线的金属芯涂覆有绝缘体。也压接到端子上的硅胶密封确保了该绝缘体与框架之间的密封，框架包括肋，肋在在外壳的生产过程期间通过塑料注射模制而重新熔合。这些肋与外壳的塑料材料的熔合确保了框架与外壳之间的密封。
这种类型的传感器具有若干缺点。缺点之一是由于肋在外壳的塑料材料中的未完全融合而导致的外壳的密封性不足。另一个缺点与此类传感器的复杂性有关，其需要复杂的生产和长安装时间。
因此，本发明的目的是通过提出一种改善外壳的密封性和传感器的复杂性的温度传感器来弥补现有技术的这一缺陷。
发明内容
为此，本发明提出一种用于车辆的发动机的温度传感器，包括：
外壳，包含电路板并由设置有端子的至少一对导线穿过，端子由压接在布置在外壳中的导体上的部分构成，
连接器，包括至少一个金属插入件，以确保与电路板的电连接,
其特征在于，外壳包括用于保持端子的至少一个凸缘，端子被折叠。
根据本发明的实施例，凸缘经由布置在外壳中的至少一个支撑柱的塑性变形固定到外壳。
根据本发明的实施例，柱的直径大于或等于1.5mm。
根据本发明的实施例，凸缘由含纤维材料制成，例如含量为45％，凸缘的纤维含量大于外壳的纤维含量。
根据本发明的实施例，凸缘包括：
通过折叠铜合金片形成的一部分，端子的该第一部分在插入外壳中之后被折叠。
轴向止动件，通过构成它的片材的双折叠形成，
压接在导体上的第二部分，
压接在导线套管上的第三部分，
根据本发明的实施例，外壳包括用于端子的壳体，其截面减小以确保端子的止动和引导。
根据本发明的实施例，具有高度的引导游隙被留在端子和凸缘之间，其优选等于0.05mm和等于3mm。
根据本发明的实施例，端子以选定的角度α折叠，使得端子始终与凸缘的一侧接触，优选地，该角度在1和3°之间。
根据本发明的实施例，凸缘的支撑区位于外壳上，使得其保持平坦而不枢转。
本发明还涉及一种用于制造如权利要求1至10中任一项所述的用于车辆的发动机的温度传感器的方法，其中在传感器的组装期间，端子被笔直插入外壳中，然后使用折叠工具在内部直接折叠。
附图说明
本发明的进一步的目的、特征和优点将通过参考以示例的方式给出的附图阅读以下给出的描述而将更好地理解并且将变得更清楚，在附图中：
图1是安装了PCB的根据本发明的实施例的温度传感器的正视图的描绘，
图2是未安装PCB的根据本发明的实施例的温度传感器的正视图的描绘，
图3是根据本发明的实施例的温度传感器的纵向剖视图的示意图，
图4是根据本发明的实施例的温度传感器的一部分的正视图，
图5是根据本发明的实施例的温度传感器的截面图的示意图，
图6是根据本发明的实施例的温度传感器的截面图的示意图，
图7是未安装PCB的根据本发明的实施例的温度传感器的正视图的描绘，
图8是没有侧盖的根据本发明的实施例的温度传感器的截面图的示意图,
图9是具有侧盖的根据本发明的实施例的温度传感器的截面图的示意图,
图10是安装了PCB的根据本发明的另一实施例的温度传感器的正视图的描绘，
图11是未安装PCB的根据本发明的另一实施例的温度传感器的一部分的正视图的描绘，
图12是没有侧盖的根据本发明的实施例的温度传感器的截面图的示意图,
图13是根据本发明的实施例的从温度传感器的下方的正视图的示意图，
图14是根据本发明的实施例的温度传感器的完整图示。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于车辆的发动机的温度传感器1的内部。
本发明的上下文中的车辆意味着任何类型的地面交通工具，例如汽车和卡车，或者飞行器。
图1、2和3所示的根据本发明的传感器包括外壳1，其包含电路板14，也称为PCB(印刷电路板)。外壳1被至少一对2导线3穿过，导线3装配有端子8和导线套管密封件6，两者均压接。根据本发明的实施例，外壳1的材料是热塑性塑料，例如PA66、PA6、PBT、PPS或PPA。外壳1由具有纤维含量的材料制成，例如30％的纤维。
电路板14布置在外壳1中且搁置在若干支撑区105上。这些支撑区形成在柱104、106周围。柱104、106是热变形的，例如通过铆钉头，以便最终固定板。选择柱的位置及其直径，以确保板14的支撑的鲁棒性，特别是在振动下。柱104、106例如各自具有大于或等于2.5mm的直径。根据本发明的实施例，柱104、106位于板的前三分之一和中部之间，以便限制振动。
外壳1包括连接器101和用于保持端子的至少一个凸缘102，具有包覆模制的插入件11。连接器101包括至少一个金属插入件10，例如由青铜或黄铜支撑，确保与电路板14的电连接。
如图9、12和14所示，外壳1包括主盖13。该盖围封外壳1，从而保护电路板14免受外部环境(湿气、污染、液体)的影响。该盖13通过粘接、振动或激光焊接紧密地固定到外壳1。
在图2、3和12所示的本发明的上下文中，凸缘9经由布置在外壳1中的至少一个支撑柱106的塑性变形固定至外壳1。根据本发明的实施例，凸缘通过两个支撑柱106固定。根据本发明的实施例，柱106的直径大于或等于1.5mm。这确保了对于每根导线3上80N的拉伸负载F具有足够的机械强度。
根据本发明的实施例，通过加热使柱的塑料材料变化而使柱变形，这被称为铆钉头。
根据本发明的另一实施例，柱通过超声波焊接变形，例如在20和30kHz之间。通过超声波焊接变形的优点是周期短，无结垢风险，并且不会因塑料冷却后的收缩而在操作后保留残余游隙。为了实现超声波焊接，肋115设置在外壳1中。图8所示的肋115平行于支撑柱106布置，以避免外壳1的材料塌陷。
根据本发明的实施例，缘由含纤维材料支撑，例如含量为45％。根据本发明的实施例，凸缘的纤维含量大于外壳的纤维含量，因此避免了凸缘的塌陷和操作后残余游隙的形成。凸缘的材料可以是热塑性材料，例如PA66、PA6、PBT或PPA。
如图6和图7所示，两个支撑区901接收支撑柱106的熔化材料。空的空间905设置在两个支撑区901之间。该空的空间905允许在插入凸缘9之前插入用于将端子压入外壳的基部中的工具。这保证了端子8的可重复定位。
根据本发明的实施例，密封件布置在由凸缘9和外壳1形成的空的空间905中。该密封件是单组分或双组份环氧树脂，或者单组分或双组份凝胶。该密封件确保了导体5和绝缘体之间的完全密封。因此，通过导体的股线和绝缘体之间的毛细管作用，湿气不能穿过导线3直到测量探针15。这改善了产品的精度和鲁棒性。
根据本发明的实施例，游隙J3设置在肋115与支撑件901的基部902之间。游隙J3例如大于或等于0.1mm。
根据本发明的凸缘9执行两个基本功能。首先是折叠的端子802的端部在设置在电路板14中的金属化孔中的精确和可重复的定位。其次是保证导线3受到力F时端子8的拉伸强度。
如图4所示，端子8包括通过折叠铜合金片形成的第一部分801。在插入外壳1之后，端子的该第一部分被折叠。端子还包括倒角的端部802，选择性地沉积几毫米的涂层。该涂层可以是0.5至5μm的镍(Ni)亚层和0.5至5μm的锡(Sn)层，以便促进钎焊到电路板14上。端子8的折叠区不存在涂层，以限制初期破碎的风险，并且如果端子8形成热电偶，则允许端子8的基板的材料补偿低温。表面上的镍层(或其他导电金属)平衡由形成端子(CuFe2P/CUNi10)的热电偶产生的电负载，因此抵消了所需的补偿。倒角的目的是便于折叠后插入凸缘9。
如图4和图5所示，端子8包括轴向止动件(803)，其由构成其的片材的双折叠形成。该轴向止动件设计为固定端子在外壳1中的其壳体110中的插入位置。壳体110的净截面114减小，以确保在端子8上的这种止动，同时促进其在折叠工具(未示出)中的引导。
如图4、5和14所示，端子8包括压接在导体5上的第二部分804。根据本发明的实施例，在热电偶传感器的情况下，执行激光焊接以便减小电接触收缩的风险。该第二部分804例如具有约0.5至5μm厚的镍涂层(Ni)，以便于激光焊接。该第二部分也称为热电偶的冷接点。
端子还包括压接在导线套管6上的第三部分805，以用于其机械支撑。在套管之后，导线3布置成对2并由护套7保护，护套7例如由玻璃纤维和硅树脂制成。在导线对的另一端处的是温度传感器。温度传感器固定到待测量的设备或管道的凸台16。
根据本发明的实施例，在热电偶传感器的情况下，端子的正极由诸如CuFe2P的低合金铜制成，负极由诸如CuNi10的白铜制成。这种原始形式的铜合金采取厚度为0.2至0.4毫米的片材的形式。
根据图3至5所示的本发明的实施例，外壳包括倒角112，以便于套管6的插入。
在本发明的上下文中，在组装传感器时，端子8笔直插入外壳1中，然后使用折叠工具在内部直接折叠，从而不需要包覆模制。
外壳1包括空旷空间107，使得用于折叠端子8的工具可以被引入外壳1中。在折叠之后，工具被收回，并为凸缘留下空间，凸缘将最终固定端子。
为了确保上述端子的两个功能(电路板上的端部定位和拉伸强度)，需要若干几何参数和材料。
在本发明的上下文中，具有高度h的引导游隙J2被留在端子8和凸缘9之间。根据本发明的实施例，比率J2/h被最小化。例如，J2等于0.05mm，且高度等于3mm。最小化该比率促进了两个所需的功能。
在本发明的上下文中，端子以选定的角度α折叠，使得端子8始终与凸缘的一侧接触。该角度例如在1和3°之间。由于始终在凸缘的同一侧的优先接触(privilegedcontact)，端子802的端部在电路板1401的金属化孔中的定位扩展被最小化。
在本发明的上下文中，凸缘9的支撑区位于区域901下方的外壳1上，使得其保持平坦而不枢转。为此，凸缘9和端子8之间的游隙J1不为零，例如等于0.05mm。
在本发明的上下文中，通过在凸缘的一侧的倒角和在凸缘的另一侧的半径，来在904处促进用于将端子8插入凸缘9中的区域。为了不损坏端子8，端子半径R被选择得足够大，例如对于0.6mm的折叠厚度，为0.9mm。凸缘上的半径R’在端子8的曲率半径内，以免损坏它。
在热电偶传感器的情况下，当外壳未放置在发动机罩或隔离区域中时，气流例如由车辆的外部空气供应。在该配置中，外壳的一面与50℃和150℃之间的发动机接触，相对面看到的是-40℃和10℃之间的冷空气流。外壳1的外面之间的这种梯度在热电偶804的冷接点与包含测量低温的元件的电路板14之间的外壳中产生梯度。
为了限制这种梯度，至少一个空气腔108设置在冷接点804与外壳1的下面和侧面之间。
根据本发明的实施例，第二空气腔109设置在冷接点与上面和侧面之间。
这些腔108、109充当热绝缘，并且对于100℃的外部梯度允许温差的大约10°的增益。
如图3、4和5所示，第一腔108由侧盖12封闭，以避免空气流入该区域中。根据实施例，盖12紧密地固定到外壳1。侧盖12例如通过具有快速循环时间的超声波焊接(20至30kHz)来固定。为此，在侧盖12的内面上提供能量矢量1201，并且与外壳1的材料熔合并混合在一起。
根据本发明的实施例，侧盖12由与外壳1相同的材料形成。外壳1包括内部肋117和形成在外壳1的壁的端部处的支撑区116，这允许在盖的整个外围上平衡焊接。内部肋117布置在冷接点804下方的外壳1的下部中。外壳包括形成在外壳1下方的至少两个孔118，用于排出可能保留在第一腔108中的水。
根据本发明的实施例，外壳包括附加的肋111，其提供外壳1的更好的刚性。这些附加的肋111布置在外壳1的上部中。
在本发明的上下文中，外壳的上部和下部，以及通常对定位方向的所有参照，都是相对于包括主盖13的外壳1的面来定义的，其被视为传感器的上面。
根据图6、7、8和9所示的本发明的另一实施例，第一腔108和第二腔109联接以形成单个腔120。该腔120围绕冷接点804。在该配置中，外壳1也包括内部肋117和附加肋111，其目的是加强冷接点，同时也用于平衡侧盖12的焊接。
本发明的范围不限于上面给出的细节，并且在不脱离本发明的应用领域的情况下，允许多种其他特定形式的实施例。因此，本实施例应当认为是示例性的，并且可以在不脱离由权利要求限定的范围的情况下进行修改。

Claims (10)

1.一种用于车辆的发动机的温度传感器(1)，包括：
外壳(1)，包含电路板(14)并由设置有端子(8)的至少一对(2)导线(3)穿过，所述端子(8)由压接在布置在所述外壳(1)中的导体(5)上的部分(804)构成；连接器(101)，包括至少一个金属插入件(10)，其确保与所述电路板(14)的电连接，
其特征在于，所述外壳包括用于保持所述端子(8)的至少一个凸缘(9)，所述端子(8)被折叠。
2.如权利要求1所述的温度传感器(1)，其中所述凸缘(9)经由布置在所述外壳(1)中的至少一个支撑柱(106)的塑性变形固定到所述外壳(1)。
3.如权利要求1或2所述的温度传感器(1)，其中所述柱(106)的直径大于或等于1.5mm。
4.如权利要求1至3中任一项所述的温度传感器(1)，其中所述凸缘由含纤维材料制成，例如含量为45％，所述凸缘的纤维含量大于所述外壳(1)的纤维含量。
5.如权利要求1至4中任一项所述的温度传感器(1)，其中所述凸缘(9)包括：
通过折叠铜合金片形成的第一部分(801)，所述端子的该第一部分在插入所述外壳(1)中之后被折叠，
轴向止动件(803)，通过构成所述轴向止动件的片材的双折叠形成，
压接在所述导体(5)上的第二部分(804)，
压接在导线套管(6)上的第三部分(805)。
6.如权利要求1至5中任一项所述的温度传感器(1)，其中所述外壳(1)包括用于所述端子(8)的壳体(110)，所述壳体的截面(114)减小以确保所述端子(8)的止动和引导。
7.如权利要求1至6中任一项所述的温度传感器(1)，其中具有高度(h)的引导游隙(J2)被留在所述端子(8)和所述凸缘(9)之间，其中优选地(J2)等于0.05mm且(h)等于3mm。
8.如权利要求1至7中任一项所述的温度传感器(1)，其中所述端子以选定的角度α折叠，使得所述端子(8)始终与所述凸缘(9)的一侧接触，优选地，该角度在1和3°之间。
9.如权利要求1至8中任一项所述的温度传感器(1)，其中所述凸缘(9)的支撑区位于所述外壳(1)上，使得其保持平坦而不枢转。
10.一种用于制造如权利要求1至9中任一项所述的用于车辆的发动机的温度传感器(1)的方法，其中在所述传感器的组装期间，所述端子(8)被笔直插入所述外壳(1)中，然后使用折叠工具在内部直接折叠。
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