带有压靠弹簧的传感器的制作方法

本发明涉及一种传感器、尤其一种温度传感器，其在测量期间与待测量的表面被带到直接接触中。为了建立紧密的热接触，到表面处的压靠压力(anpressdruck)是必需的。

背景技术：

在不同技术构件的情形中存在如下问题，即，属于构件的评估和监控电子设备依赖于待监控的表面的温度测量值。当构件包括可移动的部件、经受在空间中的运动或即使仅振动时，则可能出现在传感器与构件的待监控的表面之间的相对运动。例如，在车辆处可能出现振动，其可能威胁传感元件与表面的可靠接触。

为了吸收这样的振动，或传感器在待测量表面上的可靠固定是必需的或该固定弹性地实施，从而该固定或传感器自身可无损害地吸收振动，在此不放弃在传感器与待测量表面之间的紧密接触。此外，例如表面的温度的监控要求保持恒定的压靠力(anpresskraft)，其同样必须在构件的寿命上被维持。

在移动构件的情形中或在被安装在移动工具或单元中的构件的情形中此外存在如下问题，即，传感器应在最小的结构空间上被实施。

用于这样的传感器的应用的示例例如是用于电池表面或导体表面的评估和监控电子设备，尤其在电驱动车辆如电动自行车(e-bike)或电动交通的其它车辆的情形中。

在已知的解决方案的情形中，温度传感器借助于弹性体零件被按压到待测量的表面上。该解决方案具有如下缺点，即，例如由于紫外线作用、交变的温度负荷、过高或同样过低的温度出现弹性体的老化，从而所设定的压靠力波动或者由于老化减弱。因为尤其传热系数同样取决于压靠力，通过交变的压靠力得出与实际偏离的温度值。出现可能导致偏差的波动。另外，传感器的响应时间可能取决于传感器的运行状态和老化状态而波动。另一问题在于如下，即，传感器的测量线到电动车辆的线束中的集成是劳动耗费且昂贵的，从而联接件且尤其插头的手动组装经常是必要的。

技术实现要素：

因此，本发明的任务是说明一种避免上面提到的缺点的传感器。尤其应说明一种传感器，其以简单的方式使得恒定的压靠压力可供使用且其即使在老化的情形中也几乎不变地维持该压靠力。另一任务在于如下，即，使得传感器到现有系统、例如电动车辆中的装入变得容易。

权利要求1说明了一种至少解决了上面提到的任务中的一些的传感器。该传感器的有利的设计方案在另外的权利要求中进行说明。

该传感器被设计用于借助于直接接触测量在表面上的测量点处的物理参数。其具有可移动地布置在传感器中的传感元件。此外，其包括可弹性吸收传感元件以其抵靠测量点被按压的压靠力的弹簧元件。通过在传感器中可移动的传感元件的连接和通过弹簧元件使得可供使用的压靠力获得一种以其可设定恒定的压靠压力的系统。该系统在弹簧元件的弹簧弹性的范畴中同样可承受在表面与传感器之间的相对运动，而压靠压力不减弱或测量点的位置不移动。

所提出的传感器于是不再依赖于如下，即，借助由弹性体塑料构成的压力缓冲器抵靠表面被按压，且因此同样不取决于这样的老化。弹簧元件是机械元件，其可长时间稳定地实施且在此即使在不同偏转的情形中也不失去其弹簧作用。相反于已知的解决方案，此处在测量点与传感器之间的变化的距离通过可移动的传感元件自身来补偿。传感器如此来实施，以至于所设定的最小压靠力在出现处在期望的范围中的相对运动的情形中不被低于。

根据本发明的一种实施方式，传感器包括具有联接针脚(anschlussstifte)的底板。在底板上安放覆盖罩。底板和覆盖罩形成壳体，在其中滑座借助于弹簧元件在预紧的情形下被如此地固定，以至于滑座和布置在其上的传感元件在底板的方向上抵抗预紧可移动。传感元件被固定在滑座处且经由联接线材与在底板上的联接针脚电气连接。经由底板，此外可实现传感器到外部电路环境(schaltungsumgebung)处的电气连接。

为了执行测量，传感器抵靠测量点被按压到待测量的表面上，其中，滑座与传感元件抵抗弹簧元件的弹簧作用在底板的方向上被移动，从而出现复位力。

弹簧元件在传感器的静止位置中(当其不抵靠测量点被按压时)同样可处在预紧下。该预紧可通过弹簧元件的压缩来设定。

在一种备选的解决方案中，该预紧通过弹簧元件的膨胀来产生。

在第三种实施方案中，弹簧元件不在膨胀与压缩之间区分，且相反通过在滑座与底板之间的相对运动被从其起始位置中移动。在此，其取决于偏转程度构建逆着偏转起作用的复位力。

即使在静止位置中(不带有额外的偏转)，弹簧元件具有预紧，从而期望的复位力在最小的由静止位置的偏转的情形中已可起作用。

根据一种实施方案，用于调整弹簧元件的预紧的滑座的偏转大于待预期的相对运动，从而压靠压力可始终被获得。

壳体一方面用于保护滑座、传感元件和弹簧元件抵抗外部影响且另一方面用于保持和引导滑座。

在一种实施方式中，覆盖罩具有引导部，在其中滑座被如此地引导，以至于其可仅在底板的方向上和向后移动。这样的引导部可构造成导轨，在滑座处的相应的接片接合到其中。备选地，构造成轨道的导轨同样可设置在滑座处且相应的接片在壳体处、例如在覆盖罩处。

在一种有利的设计方案中，弹簧元件构造成片簧。该片簧具有两个端部，其侧向上由滑座突出。以两个端部，片簧贴靠在壳体中的止挡件处。该止挡件处在片簧与底板之间，从而通过滑座在底板的方向上的移动使得片簧在止挡件处出现且在进一步运动的情形中在底板的方向上被偏转。

在一种实施方式中，滑座具有带有闭合的端部的套管。在该套管中，传感元件被插入或者布置和固定。套管以闭合的端部被引导穿过在覆盖罩中的开口且因此远离底板指向。在其中带有传感元件的闭合的端部近似是传感器头，经由其确定待测量的参数、尤其待测量的温度。与之相应地，套管具有良好导热的材料，以便于确保由在表面上的测量点朝向传感元件的良好热过渡。

一种实施方式是套管由金属材料制成，例如由铝。在外部和/或内部的表面处，套管可设有电绝缘覆层，在铝的情况中例如带有氧化层。因此如下是可能的，即使在相对传感器具有电势差的测量点处测量，也不产生危险的反闪或飞弧。

壳体的容易组装在一种实施方式中以纯机械的方式通过将覆盖罩插到底板上实现。为此，覆盖罩可具有锁止元件，其在壳体的插合的情形中可锁入到底板的相应的容纳部中且然后在经组装的状态中同样被锁入。

一种优选的锁止元件是锁止鼻，其可锁入在底板的突出的棱边处。如下自然同样是可能的，即，锁止元件设置在底板处且该锁止元件可被锁入在覆盖罩中。为了使得底板且尤其联接针脚的更好的可接近性成为可能，底板除了联接针脚之外可平坦地构造，以便于使得联接线材到联接针脚处的更好的且更容易的固定成为可能。

一种有利的实施方式使用无焊接地被压入到底板中的联接针脚。因为联接针脚有利地不仅具有用于传感元件的联接线材的联接可能性而且具有到电路环境处的向外指向的联接可能性，所以联接针脚有利地穿透底板且因此具有向内和向外指向的区段。传感器可以以向外指向的区段与电路环境相连接且例如同样无焊接地被插入到电路板或另一电路环境中。

在一种优选的应用中，传感元件作为在ntc元件(ntc=负温度系数)的基础上的温度传感器。ntc温度元件被固有地连线且具有经灌注的头部。然而其同样可实施成热元件或欧姆电阻元件。

在所提出的传感器中，传感元件或者其头部被插入在套管中且在该处被灌注以灌注材料。同样地此处，灌注材料有利地如此来选择，以至于可进行良好的热传递，从而良好导热的灌注材料是优选的。导热性可通过在灌注材料中的可导热的填充材料来提高。

针对片簧的止挡件出于技术原因必须处在与底板的一定距离中，该距离至少与滑座的最大偏转距离加上滑座自身以其伸出超过片簧的固定位置的高度相符。为了在底板上创造这样的高度，在一种实施方式中间隔环被如此地接合在覆盖罩与底板之间，以至于间隔环构造壳体的部段。针对片簧的止挡件于是可在间隔环的下端部处在传感器头的方向上构造。

间隔环的固定以简单的方式以所述锁止元件通过如下方式实现，即，这些锁止元件穿过作用间隔环且接合到在底板中的相应容纳部中，从而间隔环被夹入且因此牢固地固定在底板与覆盖罩之间。

尤其，构造成片簧的弹簧元件承受在传感元件与传感器之间的相对运动。额外地，传感元件的联接线材被弯曲，以便于补偿相应的相对运动与变形保留(verformungsreserve)。优选地，彼此平行地以较短间距被从传感元件中引出的联接线材侧向上被向外弯曲，从而对于联接线材的整个几何形状而言呈t形或呈y形。

对于壳体的部件以及滑座和底板而言，作为材料，塑料是优选的，其可以以简单的方式借助于注射成型来制造。为了设定期望的特性，塑料可被填充以填充材料。

附图说明

下面，本发明借助实施例和从属于其的附图更详细地阐释。附图部分地纯示意性地实施且仅用于本发明的更好的图解说明。在此，各个部分可缩小或放大地被示出，从而这些图示不按比例绘制。其中：

图1以横截面显示了带有略微不同的工作原理的传感器的示意性的实施方案，

图2借助示意性的横截面显示了滑座在壳体中的示例性的引导，

图3显示了构造成片簧的弹簧元件连同在壳体中的止挡件，

图4显示了带有被引导穿过在壳体中的开口的套管的传感器的透视视图，

图5显示了两个对于覆盖罩和底板借助于锁止元件的连接而言的示例，

图6显示了联接线材与联接针脚的一种可能的连接，

图7a显示了不同的传感器部件的分解图，且

图7b以透视性的横截面显示了经组装的传感器的一个实施例。

具体实施方式

图1a至1c借助示意性的横截面图显示了根据本发明的传感器的简单的实施方式。该传感器包括传感元件se，其固定地与滑座sc相连接。该滑座可移动地被悬挂在传感器sr中、例如在壳体gh中且借助于弹簧元件fe如此地与传感器、保护权/壳体gh相联接，以至于弹簧元件fe可弹性吸收传感元件或者滑座sc,se的按压力。滑座sc的偏转方向通过箭头al来显示，而相应的在弹簧元件处的箭头示出了由于滑座sc的偏转引起的弹簧元件的偏转。在根据图1a的实施方案中产生弹簧元件fe在方向al上的伸长，从而出现逆着偏转al的相应的复位力。

图1b显示了一种实施方式，在其中在方向al上的偏转引起弹簧元件fe的压缩，通过平行于弹簧元件的相应的箭头来示出。复位力通过弹簧元件的卸载来实现。

图1c显示了一种实施方式，在其中作为弹簧元件fe片簧被固定在滑座sc处，其在壳体gh中在止挡件ag处碰撞。在滑座sc在方向al上的偏转的情形中产生片簧的弯曲，从而出现复位力。

在根据图1a至1c的所有三种示出的情况中，滑座sc在方向al上的偏转且进而传感元件se到壳体中的偏转由弹簧元件fe来承受，该弹簧元件以其复位力用于将滑座sc或者被固定在其处的传感元件se按压到表面of上。在表面of上的测量点(在其处应确定一物理参数)处在滑座sc或者传感元件se与表面of的接触区域中。

图1c额外地显示了传感元件se可如何借助于联接线材被固定在联接针脚as处。联接针脚as插在底板gp中，其形成传感器sr的壳体gh的此处在上方示出的部分。通过在方向al上的偏转虽然产生联接线材bw的变形，然而其不本身产生复位力。这仅负责弹簧元件fe。

图2a和2b显示了滑座sc可如何在传感器sr的壳体gh内被引导的可行性方案。为此，壳体gh具有相应的引导部，其在根据图2a的实施方案中实施成在壳体gh的内部中的槽或轨道。滑座sc的相应的凸子(nocke，有时也称为凸块)或接片(steg)接合到该槽中。轨道和接片平行于偏转方向al定向。

有利地，传感器具有至少两个引导部，其布置在传感器sr的彼此相对而置的侧边处。如下然而同样是可能的，即，滑座以更高数量的引导部可靠地在传感器壳体gh中被引导。

图3以示意性图示显示了带有被固定在其处的片簧的滑座。滑座sc抵抗构造成片簧的弹簧元件fe的弹簧力被压入到传感器sr的壳体gh中，其中，通过在止挡件ag处碰撞的片簧fe的偏转出现相应的弹性复位力。片簧fe具有两个远离滑座指向的端部，其在壳体gh中具有与相应的止挡件ag的较少重叠。该重叠如此足够少地测定，以至于片簧的足够大的部分可在滑座与止挡件之间弯曲，以便于确保相应的复位力。

图4以透视性图示显示了滑座sc可如何从壳体gh中引出。与滑座相连接的套管hs被示出或者滑座的部分被示出。其被引导穿过在壳体gh的侧面或者底面中的开口oe。在开口oe中，套管hs可在偏转方向al上自由移动，该偏转方向此处与垂直于纸平面的轴线一致。

传感器sr的壳体可如所描述的那样包括底板gp和覆盖罩kp。通常平地实施的底板gp可与覆盖罩kp借助于锁止元件re相连接，如其在图5a和5b中在简单的实施方案中所示出的那样。覆盖罩kp的每个锁止元件re例如具有锁止鼻，其可锁入在容纳部ra中。

图5a显示了一种实施方案，在其中用于锁止元件re的容纳部ra实施成在底板gp中的穿孔(durchbrechung)。锁止鼻于是可在凹部上方锁入在容纳部ra的棱边处。图5b显示了一种类似的实施方案，在其中然而该锁入在容纳部ra内的下降的阶梯处实现。以该方式确保如下，即，锁止元件re在锁入之后不伸出超过底板gp的上棱边。

锁止元件re优选地在顶面处具有倾斜的棱边，从而其在由下方插入到容纳部ra中的情形中在容纳部ra的下棱边处偏转，直至锁止鼻锁入在容纳部ra内。用于锁入锁止元件re的推动力与锁止元件re在倾斜的棱边处的偏转之后的复位力相符。锁止元件re具有足够的弹性，以便于使得偏转成为可能且设定复位力。

底板gp和覆盖罩kp可通过至少两个、优选地但是四个和更多的锁止元件可靠地彼此连接。优选地，覆盖罩kp如此来设计，以至于其在将锁止元件re锁入到容纳部ra中的情形中由下方贴靠在底板gp处(在附图中未示出)。

图6以示意性的横截面图示显示了传感器元件se可如何借助于联接线材bw被固定在联接针脚as处，这些联接针脚插在底板gp中或者穿过该底板gp。联接线材bw优选地围绕联接针脚as的下端部被缠绕且在该处与金属的联接针脚as焊接。联接线材bw在其走向上首先平行地被从传感元件se中引导，然后被向外弯折，在经弯折的端部围绕联接针脚as的端部被缠绕之前。经由该弯曲形成足够的伸长保留(dehnungsreserve)，以便于使得传感元件se相对于底板gp且进而相对于联接针脚as的偏转成为可能。

图7a以几何上精确的分解图示且因此以真实的几何形状显示了传感器的一种可能的实施方案。所示出的单件一起得出可运转的传感器sr。传感器sr的壳体gh通过底板gp、间隔环ar和覆盖罩kp形成。覆盖罩kp具有锁止元件re，其可穿过间隔环ar被引导到在底板gp处的相应的容纳部ra中，以便于在该处锁入到容纳部ra中。以该方式，间隔环ar被牢固地锁定在覆盖罩kp与底板gp之间。

传感元件se经由联接线材bw与穿透底板gp的联接针脚as被固定。传感元件se或者由此被引出的联接线材bw垂直地由底板远离指向，在图中向下。

作为在传感器中可移动的传感器部分构造成滑座sc，其具有至少一个闭合的套管hs，传感元件se连同联接线材bw可被插入到其中。横向于滑座sc，片簧与滑座sc相连接，其两个端部侧向上由滑座sc突出。

滑座sc在壳体的插合之后、即在覆盖罩kp与底板gp的连接之后在包含间隔环ar的情形下在一定的偏转的范畴中在壳体内可自由地在偏转方向al上移动。在壳体的插合的情形中，片簧fe的端部抵靠止挡件ag被按压，该止挡件优选地构造在间隔环ar中且因此在完成插合的壳体中处在底板gp的下表面之上(之下)。第二止挡件ag2圆形地围绕开口oe构造，套管通过该开口被引导穿过覆盖罩kp。以第二止挡件ag2，滑座sc在壳体的插合的情形中连同其片簧抵靠在间隔环ar处的止挡件被按压且因此被预紧。

当完成的传感器sr抵靠待测量的表面of被按压时，形成进一步提高的预紧。因此，滑座sc逆着方向al的偏转同样是可能的，只要该偏转由于在表面与传感器之间的相应的相对运动是必需的。

图7b显示了在经插合的状态中的传感器sr。在所显示的实施例中，传感器的壳体具有20x12.5x10.4mm的尺寸。在不带有进一步偏转的情形中，滑座sc安放在第二止挡件ag2处且通过片簧fe的偏转在第一止挡件ag处被预紧。如果此时传感器以从壳体中伸出的套管hs或者以伸出的端部抵靠表面of且在该处抵靠测量点被按压，则滑座sc可在偏转方向al上移动到壳体gh的内部中。在此，另一止挡件可在间隔环ar处或通过底板gp的底面构造地限制滑座的最大偏转。

在一个实施例中，传感器如此来设定尺寸，以至于在壳体gh的插合的情形中弹簧元件fe(此处片簧)经历与大约0.3mm的在方向al上的滑座的运动相符的偏转。该最小偏转应包括安装公差被遵循。因此，复位力在传感器sr的起始位置或静止位置中被设定。在将传感器头(套管hs的闭合端部)放置在表面of上的情形中实现滑座直至最大大约2mm的进一步偏转。在传感器的装入的状态中，然而还可实现在传感器与表面之间的±0.3mm的相对运动，其可由传感器来承受，而在此不会不允许地降低压靠压力。

传感元件se例如是在ntc电阻元件的基础上的常规的温度传感器，其可被灌注在套管hs中。为此，例如常规的灌注树脂可在环氧树脂或另一可硬化的合成树脂的基础上实现。

套管优选地由金属制成且可在内部且/或外部被电气绝缘。套管与滑座sc和构造成片簧的弹簧元件fe的连接可在滑座sc借助于注射成型的制造的情形中实现，在其中片簧和套管的端部近似由滑座sc挤压包封。

在用于片簧fe的间隔环ar处的止挡件ag如此来布置，以至于其在装配方向上处在联接线材在联接针脚处的焊接点下方。以该方式实现以仅较小的高度实施壳体。

联接针脚as优选地是压入触点，其可具有鱼叉压纹(harpunenprägung)。借助于鱼叉压纹实现到底板gp中的压入，在其处联接针脚as可固定到鱼叉压纹上。

同样地，联接针脚as的向外指向的端部如此来设计，以至于其可被无焊接地压入到电路板(在图中未示出)中。为此，例如联接针脚的端部成形成可压缩的孔眼，其在电路板的内部中又可延伸，从而同样地在电路板中确保联接针脚as的固定安放。

片簧fe在所示出的实施方案中可能是金属的且可例如由冲裁(ausstanzen)制成。在中间，片簧fe具有相应的凹部，传感元件被插入穿过该凹部。同样地，套管可被插入穿过片簧fe的凹部。片簧在滑座的方向上然而同样可具有用于滑座sc的支架，其使得片簧bf在滑座sc处且/或套管hs在滑座sc处的附加固定成为可能。

传感元件se同样可实施成热元件或欧姆电阻元件。相应的用于传感元件se的评估电路可在外部电路环境中、尤其在传感器sr被插入到其中的电路板上实施。壳体的部件、即底板gp、间隔环ar和覆盖罩kp可通过塑料或陶瓷注射成型来制成。在电路板上的电气触点接通同样可经由焊接连接(tht或smt)实现，其中，然而无焊接的插接是优选的，其例如可遵循dinen60352-4。传感器sr的所有组成部分如此来实施，以至于在插接结构形式中的直线装配是可能的。传感元件可在壳体构件的插合之前被固定在底板gp中的联接针脚as处，在其处其由于底板gp的平的结构形式可自由接近。其余部件简单地通过在偏转方向al上的插上被装配到底板gp上。在经插合的壳体中，滑座贴靠在下方的止挡件ag2处，在被预紧在上方的止挡件ag处的片簧fe的预紧下。

根据本发明的传感器同样可在另一几何的实施方案中构造，其中，例如壳体和滑座相比于所示出的实施方案可具有另外的。尤其可使用更高数量的锁止元件。锁止元件同样可如此地构造，以至于其在底板之外包围该底板且可在底板上方锁入。同样地，锁止元件的其它实施方案和相应的容纳部是可能的。

附图标记列表

ag止挡件

as联接针脚

asa,asiass的向外和向内指向的区段

bf片簧

bw联接线材

dr间隔环

fe弹簧元件

fg引导部

gh壳体

gp底板

hs带有闭合的端部的套管

kp覆盖罩

ra在底板处的用于锁止元件的容纳部

re锁止元件

se传感元件

sl滑座

sr传感器。