DE102012220003B4

DE102012220003B4 - Messgerät für die Prozess- und Automatisierungstechnik und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102012220003B4
Application number: DE102012220003.7A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Seifried; Andreas Hornstein; Hans Jürgens; Heribert Höß
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2032-11-03
Also published as: DE102012220003A1

Abstract

Messgerät für die Prozess- und Automatisierungstechnik mit einem Sensorelement, einer Elektronikeinheit (5) und einem Signalausgang, wobei die Elektronikeinheit (5) in einem hülsenförmigen metallischen Gehäuse (2) angeordnet ist und zur Auswertung und/oder Verarbeitung der vom Sensorelement generierten Messsignale sowie zur Erzeugung eines über den Signalgang ausgebbaren Messsignals dient,wobei mehrere Bauelemente (5a) der Elektronikeinheit auf einer Leiterplatte (3) angeordnet sind,dadurch gekennzeichnet, dass an eine Leiterbahn der Leiterplatte (3), die als Bezugspotential dient, eine Kontaktierlasche (4) vorgesehen ist, die mittels einer Schweißverbindung an der Innenseite des Gehäuses (2) kontaktiert ist, um eine sichere Verbindung des Gehäuses (2) mit dem Bezugspotential zu gewährleisten,wobei die Schweißverbindung zwischen Kontaktierlasche (4) und Innenseite des Gehäuses (2) von außen mittels eines Lasers hergestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messgerät für die Prozess- und Automatisierungstechnik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Messgeräts.
Messgeräte der genannten Art werden in vielfältigen Anwendungsgebieten eingesetzt. So gibt es in der Automatisierungstechnik bspw. induktive oder kapazitive Näherungsschalter, die den Abstand zu einem Objekt detektieren sollen, oder Druck- , Temperatur-, Durchfluss- und Füllstandsmessgeräte, die in der Prozesstechnik in den unterschiedlichsten Ausführungsformen und zu unterschiedlichen Zwecken eingesetzt werden. Alle diese Messgeräte, die ein metallisches, hülsenförmiges Gehäuse aufweisen, sollen von der Erfindung umfasst sein.
Problematisch bei derartigen Messgeräten ist häufig die Herstellung einer Hülsenerdung, d.h. die sichere Verbindung des Gehäuses mit dem Bezugspotential auf der Leiterplatte. Dabei kann die Leiterplatte sowohl als starre Platine ausgeführt sein als auch als flexibler Leiterfilm. Die Hülsenerdung wird häufig über ein Federelement realisiert, das mit einer Leiterbahn der Leiterplatte verbunden ist und aufgrund der Federelastizität eine dauerhafte Kontaktierung der Gehäuseinnenwand erreicht werden soll. In der Praxis kann es hierbei aber zu Problemen mit der Kontaktberührung kommen, bspw. bei Schock- und Vibrationseinflüssen, insbesondere aber wenn ein Füllstoff in das Gehäuse eingebracht wird. Ein solcher Füllstoff kann bspw. ein Vergießharz sein, der zur Isolierung der Elektronik im Inneren des Gehäuses und zur Schock- bzw. Vibrationsresistenz eingesetzt wird.
Als Stand der Technik ist die EP 2 251 649 A1 zu nennen, aus der ein Messgerät für die Prozess- und Automatisierungstechnik bekannt ist, das ein Sensorelement, eine Elektronikeinheit und einen Signalausgang aufweist. Die Elektronikeinheit ist in einem hülsenförmigen metallischen Gehäuse angeordnet und dient zur Auswertung und/oder Verarbeitung der vom Sensorelement generierten Messsignale sowie zur Erzeugung eines über den Signalgang ausgebbaren Messsignals. Mehrere Bauelemente der Elektronikeinheit sind dabei auf einer Leiterplatte angeordnet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Messgerät der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem eine dauerhafte und kostengünstige Hülsenerdung realisiert ist.
Die aufgezeigte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Messgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist in dem rückbezogenen Anspruch angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Figur anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
1 stellt den Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Messgerät 1 dar. Wie eingangs bereits ausgeführt, kann es sich dabei um ein beliebiges Messgerät der Prozess- und Automatisierungstechnik handeln, das über ein hülsenförmiges Gehäuse verfügt. Der Querschnitt des Gehäuses 2 kann dabei kreisrund, oval oder auch eckig, bspw. rechteckig sein. Insbesondere handelt es sich dabei um einen induktiven Näherungsschalter oder um ein Druckmessgerät. Das Messgerät 1 besteht im Wesentlichen aus einem Sensorelement (nicht gezeigt), einer Elektronikeinheit 5 und einem Signalausgang (nicht gezeigt). Auf der Elektronikeinheit 5 sind zur Auswertung und/oder Verarbeitung der vom Sensorelement generierten Messsignale sowie zur Erzeugung eines über den Signalgang ausgebbaren Messsignals mehrere elektronische Bauelemente 5a angeordnet.
Da durch die Erfindung eine Verbindung des Gehäuses 2 mit einem Bezugspotential auf der Leiterplatte 3 realisiert werden soll, muss das Gehäuse 2 sowie die Kontaktierlasche 4 aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgeführt sein. Vorzugsweise besteht das Gehäuse 2 und die Kontaktierlasche 4 demnach aus einem Metall, insbesondere Edelstahl. Die Kontaktierlasche 4 kann aber auch nur ein SMD-bestücktes Plättchen sein.
Die Leiterplatte 3 enthält mehrere Leiterbahnen, wovon eine als Bezugspotential dient. Auf diese Leiterbahn ist eine Kontaktierlasche 4 angelötet, die vorzugsweise bogenförmig über den Rand der Leiterplatte 3 hinausragt und flächig an der Innenseite des Gehäuses 2 anliegt. Durch die bogenförmige Gestalt der Kontaktierlasche 4 vergrößert sich die Berührungsfläche mit der Innenseite des Gehäuses 2, was Vorteile beim Kontaktierungsvorgang mit dem Gehäuse 2 hat.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Kontaktierlasche 4 mittels SMD-Technik auf die Leiterplatte 3 aufgebracht. Damit lässt sich der Automatisierungsgrad bei der Fertigung des erfindungsgemäßen Messgeräts 1 weiter erhöhen, da die Kontaktierlasche 4 gleich bei der Bestückung der Leiterplatte 3 mit aufgebracht werden kann.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Messgeräts 1 besteht im Wesentlichen aus folgenden Verfahrensschritten:

- Verbinden der Kontaktierlasche 4 mit einer Leiterbahn der Leiterplatte 3,
- Einschieben der Leiterbahn in das Gehäuse 2, wobei die Kontaktierlasche 4 an der Innenwand des Gehäuses 2 an einem Kontaktpunkt anliegt,
- Erhitzen der äußeren Gehäusewand 2 mittels eines Schweißlasers im Bereich des Kontaktpunktes, um eine Schweißverbindung zwischen Kontaktierlasche 4 und Gehäuseinnenwand 2 herzustellen.

Ein Schweißen direkt an der Innenseite des Gehäuses 2 ist wegen der kleinen Bauformen und der damit verbundenen geringen Durchmesser der Gehäusehülsen 2 nicht möglich. Nachdem die Kontaktierlasche 4 aber an der Innenseite des Gehäuses 2 flächig anliegt, kann mittels eines Schweißlasers die notwendige Energie bzw. Wärme zugeführt werden, um einen Schweißvorgang im Innenraum des Gehäuses zwischen der Kontaktierlasche 4 und der Gehäuseinnenwand 2 durchzuführen.
Alternativ zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsform des Messgeräts 1, kann das Gehäuse anstatt aus Edelstahl auch aus Messing bestehen. In diesem Fall geschieht der Verbindungsprozess zwischen Kontaktierlasche 4 und Gehäuseinnenwand 2 durch Löten. Auch hier wird durch das Gehäuse 2 hindurch die Verbindungsstelle zwischen Kontaktierlasche 4 und Gehäuseinnenwand 2 erwärmt und somit verlötet. Beide Teile müssen natürlich lötfreudig sein. Durch eine Innenbeschichtung /Verzinnung kann dieser Prozess auch mit einer Edelstahlhülse erfolgen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich mit einem hohen Automatisierungsgrad ein Messgerät 1 der vorgenannten Art herstellen, das über eine sichere Verbindung des Gehäuses 2 mit dem Bezugspotential der Leiterplatte 3 verfügt und trotzdem vergusstauglich und damit insbesondere schock- und vibrationsresistent ist. Dabei ist das Verfahren insbesondere für kleine Gehäusedurchmesser geeignet.

Claims

Messgerät für die Prozess- und Automatisierungstechnik mit einem Sensorelement, einer Elektronikeinheit (5) und einem Signalausgang, wobei die Elektronikeinheit (5) in einem hülsenförmigen metallischen Gehäuse (2) angeordnet ist und zur Auswertung und/oder Verarbeitung der vom Sensorelement generierten Messsignale sowie zur Erzeugung eines über den Signalgang ausgebbaren Messsignals dient, wobei mehrere Bauelemente (5a) der Elektronikeinheit auf einer Leiterplatte (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass an eine Leiterbahn der Leiterplatte (3), die als Bezugspotential dient, eine Kontaktierlasche (4) vorgesehen ist, die mittels einer Schweißverbindung an der Innenseite des Gehäuses (2) kontaktiert ist, um eine sichere Verbindung des Gehäuses (2) mit dem Bezugspotential zu gewährleisten, wobei die Schweißverbindung zwischen Kontaktierlasche (4) und Innenseite des Gehäuses (2) von außen mittels eines Lasers hergestellt wird.
Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierlasche (4) mittels SMD-Technik auf die Leiterplatte (3) aufgebracht ist.
Verfahren zur Herstellung eines Messgeräts nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - Verbinden der Kontaktierlasche (4) mit einer Leiterbahn der Leiterplatte (3), - Einschieben der Leiterbahn in das Gehäuse (2), wobei die Kontaktierlasche (4) an der Innenwand des Gehäuses (2) an einem Kontaktpunkt anliegt, - Erhitzen der äußeren Gehäusewand (2) mittels eines Schweißlasers im Bereich des Kontaktpunktes, um eine Schweißverbindung zwischen Kontaktierlasche (4) und Gehäuseinnenwand (2) herzustellen.