本发明涉及一种用于将电路板设置在过程和/或自动化技术的现场装置的壳体中的方法，并且涉及一种在过程和/或自动化技术的现场装置的壳体中彼此电接触的电路板的电路板布置。
背景技术
在过程和自动化技术中，现场装置用于确定和/或监测过程变量，尤其是物理或化学的过程变量。现场装置通常包括至少一个传感器单元，其至少部分地且至少有时与过程接触。原则上，在本发明的情况下所称的现场装置是指应用于过程附近且传输或处理过程相关信息的所有的测量装置。例如，所涉及的装置包括料位测量装置、流量测量装置、压力和温度测量装置、ph氧化还原电位测量装置、电导率测量装置等，这些装置记录对应的过程变量、料位、流量、压力、温度、ph值和电导率。在各个实施例中，这些现场装置由公司的e+h组制造和销售。
这种现场装置通常包含电子部件，这些电子部件通常布置在并且彼此焊接在平面电路板上。通常，在这种情况下，多个电路板安装在现场装置的非导电壳体中，或者安装在具有至少非导电表面的导电壳体中，其中，不同的电路板的平面在壳体中通常被定向成彼此平行。在这种情况下，在电路板之间设有一个或多个电触点，其例如用于电流供应或用于不同电路板之间的数据传输。壳体中的这种电路板布置用于e+h组中的最多变型的现场装置中。
通常，在这种情况下，用于在布置且固定于壳体中的电路板之间的电接触的附加部件必须在附加的方法步骤中安装。例如，在填入电路板期间，插座焊接在第一电路板上，配合该插座的插头焊接在待与第一电路板连接的第二电路板上。然后，在将两个电路板布置在壳体中的过程中，必须在附加的工作步骤中将插座和插头以适当的方式布置在一起。
作为利用插座和插头接触的替代方案，从现有技术中已知用于电路板的电接触的柔性扁平连接元件；在美国专利6,614,664b2和公开说明书de102004037629a1中给出了这些柔性连接元件(也称为跳线)的示例。这些柔性连接元件被焊接到在平面中相邻的两个电路板上。这例如在用电子元件填入电路板的过程中进行。与用插头和插座进行连接相比，柔性连接元件具有的优点在于，两个电路板的连接在用电子部件填入电路板的过程中发生，因此该连接的实现不需要附加的工作步骤。柔性连接元件的柔性允许刚性的平面电路板的电接触从电路板的平面不间断地引导到另一维度。这通过弯曲或折叠柔性连接元件来实现。如果两个相邻的电路板从共用平面移位并且布置在两个相互平行的平面中，则在这种情况下，柔性连接元件可以通过弯曲并且/或者折叠形成，以在电路板平面的垂直方向上延伸。
原则上，还可以在两个相邻的电路板之间设置多个柔性连接元件。然而，在这种情况下，对柔性连接元件的布置存在显著限制，因为它们都必须布置在共用的边缘区域(即，共用的弯曲边缘或折叠边缘)中。电路板之间的连接元件的这种布置并不总是可以的，因为在不明显限制柔性连接元件相对于电路板的空间定位的情况下，柔性连接元件通常允许连接不多于两个的电路板。
相比而言，对于现场装置在爆炸危险区域中的使用，防爆安全规定要求某些区域或某些电触点的空间隔离。在这种情况下，特别关注的是安全地防止形成火花，或者至少确保在封闭空间的内部中可能发生的火花对环境没有影响，以便安全地避免触发爆炸的可能性。例如，欧洲标准en60079-7:2007规定了标签为“increasedsafety(增加安全性)”(ex-e)的防护等级。在实施为满足该防护等级的电子装置的情况下，通过使两个不同电势之间的空间距离足够得大使得由于该距离而不会在故障情况下出现火花形成，从而实现点火保护或爆炸保护。
因此，对于现场装置在爆炸危险区域中的使用，期望提供一种用于在现场装置的壳体中的电路板布置的电接触的可自动化且成本有效的方法，该方法能够实现关于电触点的空间布置的更大自由度。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是提供一种用于将电路板设置在壳体中并且同时电接触的方法以及电路板在壳体中的布置，使得对电接触的空间布置几乎不存在限制。
关于方法，该目的通过一种用于将至少两个电路板设置在自动化技术的现场装置的壳体中的方法来实现，其中，至少壳体的表面是不导电的，其中，至少用于固定第一电路板的第一固定位置和用于固定第二电路板的第二固定位置设置在壳体中的预定位置处，其中，在壳体中设有至少一个导电迹线，其中，导电迹线与壳体不可释放地连接，并且其中，导电迹线使第一固定位置与第二固定位置电接触，该方法包括以下步骤：
-预制电路板和壳体，以及
-将电路板固定在壳体的固定位置中，
其中，在固定电路板时，第一电路板与第一固定位置电接触，第二电路板与第二固定位置电接触，使得第一电路板和第二电路板经由所述至少一个导电迹线而彼此电连接。
因此，在本发明的方法中，导电迹线被直接集成到壳体中并且是壳体的部件。在这种情况下，导电迹线在壳体中的至少两个固定位置之间延伸。由于所述至少两个电路板固定在壳体中，所以在电路板与其固定位置之间建立电接触。以这种方式，本发明的使所述至少两个电路板的电接触与电路板在壳体中的固定同时发生。在这种情况下，导电迹线在设置用于将电路板固定在预定位置中的固定位置之间延伸。在这种情况下，电路板也通过预定区域固定在预定位置处。因此，基于预定位置和在固定位置之间延伸的导电迹线，电路板的预定区域也彼此电接触。这意味着壳体和其中延伸的导电迹线被在尺寸上设置为并且被实施为使得它们设置用于连接预定电路板的预定区域。在这种情况下，在第一方法步骤中的壳体的预制中，包括固定位置的壳体和在固定位置之间延伸的导电迹线以导电迹线的期望拓扑结构制造。
在本发明的方法的第一实施例中，
布置在壳体中并且与壳体不可释放地连接的导电迹线使用用于制造三维注塑成型的电路支撑件或成型互连装置(mid)的方法来形成。包含mid的情况是一种注塑成型的塑料件，金属结构已经不可释放地引入到该塑料件中，其通常被实施为导电迹线。在这种情况下，对塑料件的几何形状和金属结构在该塑料件内的空间布置几乎没有限制。例如，通过“forschungsvereinigung
例如，在激光直接成型(lds)的情况下，首先是支撑件的全表面的金属化。此后，以减材方式构造金属层。在公开说明书de10132092a1和其中引用的参考文献中描述了lds。相比而言，被称为“flamecon”的mid制造工艺是一种增材方法，其中，待沉积的金属被熔化并通过压力喷射到表面上。一种更完全增材mid制造工艺是热模压方法。在这种情况下，注塑成型部件被放置在模压机中，其中，用模压工具压制表面改性的金属箔，同时通过施加压力和热将表面改性的金属箔与注塑成型部件连接。这里提到的制造工艺肯定不是本发明的完整的列举。在本发明的上下文中，mid指的是注模成型的壳体和与其不可释放地连接的导电迹线的组合，其中，对壳体的几何形状或导电迹线在壳体中的布置基本上没有限制。
用于制造这种壳体的制造mid的方法的使用原则上甚至可以消除电路板的施加，因为能够将电子部件直接填装到壳体上。然而，在非限制形状的壳体的情况下，必须使用能够完全三维地填入非平面部件的填入设备。这种填入设备将非常昂贵，使得完全消除电路板仅适合用于电子部件的非常特殊且不可自动化的布置。出于这个原因，在自动化技术的现场装置的工业制造的情况下，通常仍然有利的是将现场装置的电子部件布置在平面电路板上并且使已完全填入的平面电路板彼此电接触。因此，该实施例背后的思想是保持适合于成本有效地填入的平面电路板，并且仍使用mid制造工艺来制造壳体以及集成到壳体中的用于电路板电接触的导电迹线。以这种方式制造有集成导电迹线的预制壳体特别适合用于本发明的方法，其中，电路板的电接触与电路板在壳体中的固定同时发生。
在另外的实施例中，壳体和/或布置在壳体中且与壳体不可释放地连接的导电迹线使用生成制造方法来获得。在本发明的情况下，那些方法被称为生成制造方法或3d打印，其中，通过至少一种材料的多层的逐步的、计算机控制的累积来形成物体。
关于设备，该目的通过具有至少两个电路板的电路板布置来实现，其中，电路板被设置在自动化技术的现场装置的壳体中，其中，至少壳体的表面是不导电的，其中，壳体至少具有用于将第一电路板固定在预定位置处的第一固定位置以及用于将第二电路板固定在预定位置处的第二固定位置，其中，第一电路板电与第一固定位置电接触，第二电路板与第二固定位置电接触，其中，至少一个导电迹线设置为布置在壳体中，其中，导电迹线与壳体不可释放地连接，并且其中，导电迹线使第一固定位置与第二固定位置电接触，
使得基于布置在壳体中的导电迹线，第一电路板和第二电路板彼此电接触。
由于导电迹线布置在壳体中并且在壳体中在至少两个固定位置之间延伸，所以对空间布置几乎没有限制。在这种情况下，一个或多个导电迹线可以设置成集成到壳体中。由于将所述至少两个电路板固定在壳体中，所以在电路板和其固定位置之间存在电接触。因此，壳体包括固定位置，该固定位置同时用于使电路板与布置在壳体中的导电迹线接触和固定。以这种方式，电路板基于布置在壳体中的导电迹线和固定位置而彼此电接触。当然，在本发明的范围内，壳体还可以具有在壳体中用于固定电路板的其它固定位置，其中，附加的固定位置仅实施用于电路板在壳体中的机械固定。
在电路板布置的实施例中，第一固定位置和第二固定位置是可多重(multiply)电接触的，其中，壳体具有彼此电绝缘的至少两个导电迹线，并且其中，基于彼此电绝缘的导电迹线，第一固定位置和第二固定位置在彼此电绝缘的区域中彼此多重电接触。在本发明的该实施例中，自然也可以提供多于两个的导电迹线以用于两个固定位置的电接触。
在电路板布置的特别优选的实施例中，
电路板和固定位置经由接触区域电接触，其中，基于固定位置的尺寸并且基于电路板的实施方式，接触区域的接触特性是可设定的。
经由固定位置和电路板的实施方式，可以将接触特性设定为可预先确定的值。
本发明的接触特性例如是导电性、电流承载能力、机械和电气负载能力、结电阻、接触区域的尺寸等。而在传统电接触的情况下(插头/插座配对，以及柔性连接元件)，接触特性是预先确定的，它们在本发明的上下文中可以设定为实现一个或多个目标。
在该实施例中，因此能够在电路板上设置多个固定位置，其中，固定位置每个均与电路板电接触，并且其中，在各个固定位置的电触点处可以选择特定的接触特性。因此，在本发明的范围内，以这种方式能够使得相同类型的接触(即，经由固定位置)取决于固定位置而具有不同的接触特性；使得本发明允许多功能接触。本发明的该实施例尤其适合用于当现场装置应用于爆炸危险区域时的情况。在这种情况下，期望的是，当经由优良的电触点时，高电流可以流过，而相反的是，在其它电触点处必须测量到小电流信号。
在本发明的实施例中，固定位置中的至少一个固定位置被实施为可弹性变形的狭槽，其中，电路板可引入该狭槽中，并且其中，电路板基于电路板与可弹性变形的狭槽的连接而被固定在壳体中。
由于可弹性变形的狭槽(即，固定位置)是壳体的一部分，所以该实施例中的壳体必须由可弹性变形的材料制成。由于将电路板推入可弹性变形的狭槽中，可以确保在固定位置与电路板之间的电接触的电触点存在(reign)不等于零的接触压力。该接触压力确保固定位置与电路板之间的电接触持久。
该实施例可以以特别简单的方式与优选实施例组合，在该优选实施例中，基于固定位置的尺寸并且基于电路板的实施方式，接触区域的接触特性是可设定的。
例如，对于稍厚的电路板，接触压力可以增加，从而减小结电阻。另一措施是修改设置用于接触的区域中的电路板表面(例如通过添加电镀金)，以便影响导电性。另一机会是确定接触区域的尺寸，以获得可预先确定的结电阻，这是因为结电阻与接触面积基本上成反比。
在本发明的另一实施例中，可弹性变形的插座布置在电路板上，其中，至少一个固定位置被实施为适合用于可弹性变形的插座的配对件，其中，合适的配对件可被引入到可弹性变形的插座中，并且其中，电路板通过可弹性变形的插座与可弹性变形的插座的配对件的连接而被固定在壳体中。对于壳体是不可弹性变形的情况，在本发明的该实施例中，不等于零的接触压力可以基于可弹性变形的插座来实现。此外，由于可弹性变形的插座，所以在固定位置和电路板之间的电接触的电触点中存在不等于零的接触压力，使得获得了持久的电接触。而且，本发明的该实施例也可以与其中接触区域的接触特性是可设定的特别优选的实施例相结合。例如，可以基于固定位置的尺寸设置来设定接触区域的接触特性。在这种情况下，插座可以与用电子部件填入电路板相结合地焊接。
在本发明的另一改进方案中，设有绝缘覆盖层，绝缘覆盖层至少部分地覆盖至少一个导电迹线。在这种情况下，例如在壳体的预制的过程中施加绝缘覆盖层。
在本发明的另一改进方案中，壳体包括多个壳体部件。这意味着壳体基本上由多个部件组成。
在该进一步改进方案的优选实施例中，第一壳体部件是罐形的，另一壳体部件是盖形的。在这种情况下，盖形的壳体部件被实施为用于封闭罐形的壳体部件。
至少一个导电迹线布置在盖形的壳体部件中。因此，在该优选实施例中，例如，可以通过更换盖形的壳体部件来实现不同电路板的不同类型的接触。
在本发明的另一优选实施例中，至少一个壳体部件被实施用以将壳体分成在空间上彼此分开的至少两个壳体腔室，其中，第一电路板布置在第一壳体腔室中，第二电路板布置在第二壳体腔室中。该实施例也特别适合用于爆炸危险区域。在这种情况下，至少两个电路板布置于在空间上彼此分开的两个区域中。在这种情况下，在空间上彼此分开的电路板经由布置在壳体中和/或布置在壳体部件中的一个或多个导电迹线而彼此电接触。在该优选实施例中实现的电路板、导电迹线以及壳体和壳体部件的空间布置对于现有技术中已知的电路板连接是不可能的。特别地是，在现有技术中，附加的横穿电路板(“馈通”)用于在空间上分开的电路板的电接触。相比而言，在本发明的上下文中，现有技术中所需的横穿电路板可以省略掉，并且用布置在壳体中(或布置在一个或多个壳体部件中)的一个或多个导电迹线代替。
在本发明的另一实施例中，第一电路板和第二电路板基本上布置在相互平行的平面中，
其中，电路板经由至少两个导电迹线彼此电接触。在这种情况下，两个导电迹线基本上布置在壳体的相反置放的区域中。因为两个不同的导电迹线被设置用于两个电路板在壳体的相反置放的区域中的多重电接触，所以该实施例特别适合用于爆炸危险区域。
在本发明的另一改进方案中，设有至少三个基本上平行的电路板。所述三个平行的电路板经由至少两个导电迹线彼此电接触，
其中，两个导电迹线基本上布置在壳体的相反置放的区域中。而且，这种改进方案有利于在爆炸危险区域中使用。
在本发明的另一实施例中，设有至少三个电路板，其中，经由彼此绝缘的至少三个导电迹线，第一电路板与第二电路板电接触(例如，经由第一导电迹线)，第二电路板与第三电路板电接触(例如，经由第二导电迹线)，并且第一电路板与第三电路板电接触(例如，经由第三导电迹线)。
附图说明
现将基于附图更详细地解释本发明，附图示出如下：
图1a和1b是现有技术的电路板布置的侧视图；
图2a至2c是本发明的电路板布置的侧视图；
图3a和3b是本发明的其它电路板布置的侧视图；以及
图4是本发明的电路板布置的多重接触的固定位置的平面图。
具体实施方式
图1示出了现有技术的电路板布置13的连接。示出了过程和自动化技术的现场装置的壳体2以及布置在其中的两个电路板1a、1b的侧视图。电路板1a、1b填入有电子部件20并且固定在壳体2中的固定位置3a、3b处，在现有技术中，该固定位置仅用于电路板的机械固定。两个电路板1a、1b的连接在图1a中用插头16和插座15实现；因此，两个电路板1a、1b的连接在附加的工作步骤中发生。图1b示出了用柔性连接元件21实现的两个电路板1a、1b的连接。与用插头16和插座15的连接相比，柔性连接元件21确实具有以下优点：两个电路板1a、1b的连接在用电子元件20填入的过程中发生。然而，因此存在对电路板1a、1b之间的电接触的空间布置的明显限制。特别是，多于两个电路板1a、1b采用柔性连接元件的连接基本上是不可实行的。
图2a至2b示出了本发明的电路板布置13。在本示例中的附图标记与图1中的相同。为简化起见，这里仅示出了一个导电迹线10和两个电路板1a、1b；然而，在本发明的范围内，当然也可以提供多个导电迹线10、11、12和电路板1a、1b、1c。与现有技术相比，固定位置3a、3b既用于电路板1a、1b在壳体2中的机械固定，也用于两个电路板彼此的电接触。为此目的，提供了导电迹线10，其与壳体2不可释放地连接并且使固定位置3a、3b彼此接触。在这种情况下，壳体2预制有在其中延伸的导电迹线10。完全填入的电路板1a、1b也是预制的。以这种方式，使得本发明的用于两个电路板1a、1b的电接触能够与壳体2和电路板1a、1b的彼此连接同时地发生，其中电路板1a、1b与它们各自的固定位置3a、3b电接触，导电迹线10在固定位置3a、3b之间延伸。
在这种情况下，图2a示出了本发明的变型，其中固定位置3a、3b被实施为可弹性变形的狭槽14。在该实施例中，可以通过将电路板1a、1b推动到它们的可弹性变形的狭槽14中，而将电路板1a、1b固定在壳体2中。以这种方式，固定位置3a、3b与电路板1a、1b电接触，即与电路板1a、1b的区域电接触。图2a另外示出了固定位置3a、3b与电路板1a、1b之间的电接触中的接触区域19。
对于壳体2由不可弹性变形的材料制成的情况，可弹性变形的插座15合适地布置在电路板1a、1b上。这例如在已完全填入的电路板1a、1b的预制中的填入的过程中进行。该实施例如图2b所示。然后，可以将适合于可弹性变形插座15的配对件16推入到弹性可变形的插座15中。以这种方式，固定位置3a、3b变得与电路板1a、1b电接触，即与电路板1a、1b的区域电接触。因此，壳体2的固定位置3a、3b在此被实施为配对件16。
图2c示出了电路板布置13的另一实施例。在该实施例中，使固定位置3a、3b彼此电接触的导电迹线10在壳体的盖子7中(即，在盖形的壳体部件7中)延伸。在这种情况下，本发明的盖形的壳体部件7包括用于封闭壳体2的所有壳体部件，因此例如还包括：对壳体2进行密封的挡板；可取出的底板；或端盖。在该实施例中，在给定的情况下，其它固定位置21、22可以设置在罐形的壳体部件6中，其中，附加的固定位置21、22仅实施用于电路板1a、1b在壳体2中的机械固定。
图3a是本发明的另一电路板布置13的示意图。在该实施例的示例中，壳体2通过实施为隔板(虚线)的壳体部件6分成两个壳体腔室17、18，其中，电路板1a、1b布置在不同的壳体腔室17、18中。与壳体2不可释放地连接的导电迹线10连接布置在不同的壳体腔室17、18中的电路板。在这种情况下，导电迹线10至少部分地被覆盖层覆盖。
图3b是三个电路板1a、1b、1c的电路板布置13的示意侧视图。出于简化的目的，未示出壳体2。每个电路板均与壳体中的其自己的固定位置3a、3b、3c电接触。在这种情况下，每个电路板1a、1b、1c与两个不同的固定位置电接触。在这种布置中，第一导电迹线10使第一电路板1a与第二电路板1b电接触，第二导电迹线11使第二电路板1b与第三电路板1c电接触，并且第三导电迹线12使第一电路板1a与第三电路板1c电接触。在这种情况下，导电迹线10、11、12被示出为虚线，并且可以布置在壳体2的侧壁、底板和/或盖子上。在该实施例的示例中，第一导电迹线10布置在壳体2的上部第一区域8中，并且第三导电迹线12布置在壳体2的基本上相反的下部第二区域9中。这些相反置放的区域8、9在该示例中是底板和盖子；然而，它们也可以是壳体2的相反置放的壁。
图4是壳体2的多重接触固定位置3a、3b的平面图；出于简化的目的，这里也未示出壳体2。该详细视图示出了可多重接触的固定位置3a、3b和两个导电迹线10、11(被大大缩短地示出)。在这种情况下，第一固定位置3a的第一区域4a布置为经由第一导电迹线10与第二固定位置3b的第一区域4b电接触，并且第一固定位置3a的第二区域5a布置为经由第二导电迹线11与第二固定位置3b的第二区域5b电接触。区域4a和5a彼此电绝缘，并且区域4b和5b彼此电绝缘。
附图标记列表
1a第一电路板
1b第二电路板
1c第三电路板
2壳体
3a第一固定位置
3b第二固定位置
3c第三固定位置
4a第一固定位置的第一区域
5a第一固定位置的第二区域
4b第二固定位置的第一区域
5b第二固定位置的第二区域
6壳体部件
7壳体部件
8壳体的区域
9壳体的区域
10导电迹线
11导电迹线
12导电迹线
13电路板布置
14狭槽
15插座
16用于插座的配对件
17壳体腔室
18壳体腔室
19接触区域
20电子部件
21其它固定位置
22柔性连接元件