CN109073449A - 用于制造超声波传感器的方法和超声波传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造超声波传感器（10）的方法和一种超声波传感器（10），所述超声波传感器被构造用于检测内燃机中的流体的液位和/或温度。所公开的方法具有：提供超声波传感器（10）的电子系统（20），将超声波传感器（10）的电子系统（20）布置在注塑模具中，并且用塑料注塑成型封装所述电子系统（20），以形成用于所述电子系统（20）的壳体（30）。所述壳体（30）具有至少一个功能部分（32、34、36），所述功能部分被构造用于满足预先确定的功能。

Description

用于制造超声波传感器的方法和超声波传感器

技术领域

本发明涉及一种用于制造超声波传感器的方法和一种超声波传感器，尤其涉及一种用于制造以下超声波传感器的方法，该超声波传感器用于检测在内燃机中使用的流体、诸如发动机油的液位和/或温度。

背景技术

例如，超声波传感器用于检测内燃机的油槽内的油的液位和/或温度。在此，为了检测液位，超声波传感器输出超声波，并且基于在油表面处反射的声波和所述声波的传播时间来确定液位。为此，超声波传感器具有超声波发送器和接收器。

超声波换能器的包括例如压电元件和集成电路、例如ASIC的电子系统通常在电连接之后布置在中空壳体中并且例如借助粘合剂以位置固定方式固定在那里。在替代的设计方案中，已知该电子系统借助于合适的装置以其他方式位置固定地放置在壳体内，例如通过夹紧。

另外，从DE 10 2012 014 307 A1已知一种用于检测车辆液位的方法和传感器装置。所述文献中公开的传感器装置包括液位传感器和位置传感器。液位传感器和位置传感器布置在传感器装置中，使得液位传感器和位置传感器具有限定的空间关系，使得由位置传感器检测到的位置也确定液位传感器的位置。设计传感器装置，以便在检测液位时考虑空间关系。

发明内容

本发明的目的是提供一种在制造成本和测量质量方面得到改进的传感器，该传感器此外在使用寿命方面也是鲁棒的。

该目的通过根据权利要求1所述的用于制造超声波传感器的方法和根据权利要求8所述的超声波传感器来实现。优选的设计方案在从属权利要求中说明。

本发明基于如下构思：将超声波传感器的电子系统布置在注塑模具中并注塑成型封装成，使得形成用于电子系统的壳体，其中在注塑工艺期间其他功能部分可以在壳体上整体形成。这些功能部分例如包括：用于密封的容纳槽、用于装配外部元件的凸起、以及用于容纳外部元件、诸如传感器的另外的凹部。

因此，根据第一方面，公开了一种用于制造超声波传感器的方法，该超声波传感器被构造用于检测内燃机中使用的流体的液位和/或温度。根据本发明的方法具有以下步骤：提供超声波传感器的电子系统，将超声波传感器的电子系统布置在注塑模具中，并且通过用塑料注塑成型来封装电子系统，以便形成用于电子系统的壳体，其中壳体具有至少一个功能部分，该功能部分被构造用于满足预先确定的功能。

在此，预先确定的功能优选地是不与超声波传感器的功能直接相关的功能。也就是说，预先确定的功能例如与发送和接收超声波和/或与传感器的电连接无关。

在一种优选的设计方案中，电子系统用热固性或热塑性塑料来注塑成型封装。特别地，塑料被构造用于承受使用超声波传感器的环境中的条件。例如，选择塑料，使得其耐发动机油或SCR催化剂的尿素溶液。此外，塑料被实现成，使得在电子系统注塑成型封装时无论如何不损坏电子系统。

在另一种优选的设计方案中，所述至少一个功能部分具有密封凹部，所述密封凹部被构造用于容纳至少一个密封件。特别地，密封凹部是四周的槽，在该槽中使用密封件。该密封件可以被构造用于在超声波传感器布置在内燃机的流体容器（例如油槽或尿素罐）内之后，产生对流体容器的密封，以便没有流体可以从流体容器中溢出。

替代地或附加地，至少一个功能部分具有传感器凹部，传感器可插入该传感器凹部中。例如，传感器凹部是基本上圆柱形的凹部，其中例如可以布置用于检测流体温度的温度传感器。

在另一有利的设计方案中，所述至少一个功能部分具有固定区域，单独的元件可固定在所述固定区域上。固定区域例如可以以至少一个凸起的形式形成，声音传输管例如可以固定在该凸起上，例如借助粘接，焊接和/或借助由热塑性塑料构成的声音传输管的热变形或热铆接。在另一实施方式中，单独的元件也可以借助机械连接以可拆卸的方式安装在固定区域上，例如借助夹紧。

超声波传感器的电子系统优选地具有压电元件，该压电元件安装在载体元件上。电子系统还具有集成电路（例如所谓的ASIC），该集成电路安装在载体元件上并借助布置在载体元件上的印制导线与压电元件电连接。载体元件例如是印刷电路板、陶瓷基板、金属引线框架。电子系统还可以具有另外的附加电子部件、诸如传感器电子系统的有源和无源部件，特别是继电器，二极管，电容器以及现有技术中已知的其他电子部件。

在整个电子系统完成之后，将其布置在注塑模具中并且通过注塑方法来注塑成型封装成，使得形成包括至少一个功能部分的壳体。

根据本发明的另一方面，公开了一种用于检测内燃机中的流体的液位和/或温度的超声波传感器。根据本发明的超声波传感器具有电子系统和包围电子系统并且由塑料形成的壳体，该壳体借助注塑方法来制造。壳体包括至少一个功能部分，该功能部分被构造用于满足预先确定的功能。预先确定功能是不直接与超声波传感器的功能相关联的功能。

根据本发明的超声波传感器例如可以布置在内燃机的油槽中，以便检测油位和/或油温。替代地，根据本发明的超声波换能器可以用在内燃机的尿素罐中，以便检测为SCR催化剂保持的尿素溶液的液位和/或温度。

附图说明

通过阅读附图可见本发明的其他特征和目的，其中：

图1示出了超声波传感器的电子系统;

图2示出了通过借助根据本发明的方法制造的超声波传感器的剖视图; 和

图3示出了图2的超声波传感器处于安装在油槽中的状态。

具体实施方式

图1示出了超声波传感器10的示例性电子系统20的示意图（参见图2）。电子系统20具有载体元件22，在附图中所示的示例中，该载体元件22是陶瓷基板主体，并且作为超声波发送器和接收器的压电元件24和集成电路25（例如ASIC）安装在该载体元件22上。压电元件24借助于安装在陶瓷基板主体上的至少一个印制导线（在附图中未明确示出）与集成电路26电连接。此外，在陶瓷基板主体22上设置有电连接导体28，该电连接导体被构造用于向压电元件24和集成电路26输送电能并且将来自所述压电元件和集成电路的信号传导到例如发动机控制装置。在陶瓷基板主体22上可以布置有其他电子部件（未明确示出），诸如二极管、电容器、电导体、继电器和其他电子部件。

为了制造超声波换能器10，图1的电子系统20可以布置在注塑模具中的预先确定位置（未明确示出）并且借助注塑工艺用塑料包覆以形成壳体30（见图2）。

图2示出了根据本发明的超声波传感器10的示意性剖视图。如所示的，电子系统20已经利用塑料注塑来注塑成型封装并因此布置在壳体30内。壳体30具有多个功能部分32、34和36，这些功能部分被构造用于满足预先确定的功能，所述功能与超声波传感器的功能不直接相关。这些预先确定的功能例如是容纳密封件（未明确示出），固定其他外部元件、诸如声音传输管，或容纳其他外部元件、诸如温度传感器。

如图2中所示，至少一个功能部分具有密封凹部32，该密封凹部32在壳体30中构造为四周的槽。密封凹部32被构造用于容纳密封件（未示出）。插入密封凹部32中的密封件被构造用于，当超声波传感器10在安装状态下位于油槽内时构造在壳体和例如油槽之间的密封。

至少一个功能部分还可以具有至少一个固定区域34，该固定区域34根据图2的设计方案以两个凸起的形式形成。例如，声音传输管可以固定在该固定区域34上，特别是借助粘接、焊接、夹紧和/或热铆接。

此外，壳体30可以被构造成，使得功能部分具有传感器凹部36，在该传感器凹部36中可以布置例如用于检测发动机油温度的温度传感器37。为此，壳体30还可以具有凸起38，传感器凹部36至少部分地伸入到凸起38中（参见图2）。

参考图3，图2的超声波传感器10以部分安装的状态示出。从图3可知，超声波传感器10固定在支架40上，支架40又可以布置在油槽内并且固定在油槽上。支架40具有阻尼元件42，该阻尼元件被构造用于机械地阻尼压电元件24的振动。这可以改善超声波传感器10的测量精度和测量范围。

此外，另一电连接导体44位于支架40上，该电连接导体与电子系统20的连接导体28电连接，并被构造用于在电子系统20和发动机控制装置（未明确示出）之间传送电流信号和传感器信号。

Claims (10)

1.一种用于制造超声波传感器（10）的方法，所述超声波传感器被构造用于检测内燃机中的流体的液位和/或温度，其中所述方法包括：

- 提供超声波传感器（10）的电子系统（20），

- 将超声波传感器（10）的电子系统（20）布置在注塑模具中，

- 用塑料注塑成型封装所述电子系统（20），以形成用于所述电子系统（20）的壳体（30），其中所述壳体（30）具有至少一个功能部分（32、34、36），所述功能部分被构造用于满足预先确定的功能。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述塑料是热固性或热塑性塑料，所述塑料耐受所述流体。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个功能部分具有密封凹部（32），所述密封凹部布置在所述壳体（30）的外侧上并且被构造用于容纳至少一个密封件。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个功能部分具有至少一个固定区域（34），单独的元件能够固定在所述固定区域上。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述固定区域是至少一个凸起（34），声音传输管能够固定在所述凸起上。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个功能部分具有传感器凹部（36），传感器（37）能够插入所述传感器凹部中。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中提供超声波传感器（10）的电子系统（20）包括：

- 提供载体元件（22）;

- 将至少一个压电元件（24）安装在载体元件（22）上，

- 将集成电路（26）安装在载体元件（22）上，和

- 将压电元件（24）和集成电路（26）与布置在载体元件（22）上的导体电连接。

8.一种用于检测内燃机中的流体的液位和/或温度的超声波传感器（10），其中所述超声波传感器（10）具有：

- 电子系统（20）和

- 包围所述电子系统（20）并且由塑料形成的壳体（30），所述壳体借助注塑方法制造，其中所述壳体（30）具有至少一个功能部分（32、34、36），所述功能部分被构造用于满足预先确定的功能。

9.根据权利要求8所述的超声波传感器（10），其中所述塑料是热固性或热塑性塑料，所述塑料耐受所述流体。

10.根据权利要求8和9中任一项所述的超声波传感器（10），其中，所述至少一个功能部分具有：

- 密封凹部（32），其布置在壳体（30）的外侧上并且被构造用于容纳至少一个密封件，和/或

- 固定区域（34），单独的元件能够固定在所述固定区域上，和/或

- 传感器凹部（36），传感器（37）能够插入所述传感器凹部中。