DE102008014457A1

DE102008014457A1 - Schnittstelle

Info

Publication number: DE102008014457A1
Application number: DE102008014457A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Henniger; Herbert Handl; Helmut Karrer; Marion Gebhardt; Urs Ghobarkar; Alexander Wenk
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2008-09-25

Abstract

Zur elektrischen Verbindung einer Sensoreinheit (4) mit einem Steuergerät (1) ist eine mit den jeweiligen Kontaktstrukturen (3, 6) der Sensoreinheit (4) und des Steuergeräts (1) elektrisch verbindbare Schnittstelle (7) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebesteuervorrichtung für Kraftfahrzeuge und ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung in derselben.
Bei herkömmlichen Steuergeräten, wie sie beispielsweise in Getrieben von Kraftfahrzeugmotoren eingesetzt werden, ist die Anbringung von Sensoraufnahmen auf einen Gehäusedeckel nicht möglich, da der Deckel in der Regel nicht stabil ist und in Z-Richtung, das heißt senkrecht zum Deckel, bei Druckschwankungen im Steuergerät keine zuverlässige Positionierung der Sensoraufnahmen zulässt. Deshalb werden die Sensoraufnahmen vorzugsweise außerhalb des Deckels auf einem separaten Kunststoffgehäuse positioniert, mit dem Nachteil, dass bei Temperaturschwankungen durch die verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten des Kunststoffgehäuses und der Gehäuseschale des Steuergeräts, welche meist aus Aluminium gefertigt ist, die Genauigkeit der Positionierung der Sensoraufnahmen in der X-Y-Ebene, das heißt in Richtung parallel zum Gehäusedeckel, abnimmt. Außerdem wird dadurch der benötigte Bauraum relativ groß und dem Kundenwunsch, dass die durch die Sensoren zu sensierenden Teile in der Projektionsebene des Deckels liegen sollen, kann nicht entsprochen werden. Ein weiterer Nachteil eines derartigen Steuergerätes ist, dass das Steuergerät bei der Herstellung die zum Härten der Kleber und Füllungen aus Silikon-Gel notwendigen Ofenprozesse als Ganzes durchlaufen muss. Dabei besteht die Gefahr, dass sich die Halterungen der Sensoren, sogenannte Sensordome, verziehen, und die Sensoren nicht mehr exakt positioniert sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Getriebesteuervorrichtung für Kraftfahrzeuge zu schaffen, bei welcher ein Steuergerät und eine Sensoreinheit auf einfache Weise präzise zueinander angeordnet werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, zur elektrischen Verbindung eines Steuergeräts mit einer Sensoreinheit eine Schnittstelle vorzusehen, und dadurch die Herstellung der Bauteile von der Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen ihnen unabhängig zu machen. Hierdurch wird insbesondere ermöglicht, dass nur das Steuergerät Fertigungsprozesse durchläuft, welche für die Sensoreinheit möglicherweise schädlich sind.
Die Anordnung der Schnittstelle auf demselben Träger wie eines der Bauteile gemäß Anspruch 2 ermöglicht eine besonders sichere elektrische Verbindung der Schnittstelle mit diesem Bauteil.
Die Ausbildung der Kontaktstruktur gemäß Anspruch 3 ermöglicht eine besonders flexible und platzsparende elektrische Verbindung zwischen den Bauteilen und der Schnittstelle.
Die Ausbildung der Schnittstelle gemäß Anspruch 4 ermöglicht eine besonders einfache und robuste elektrische Verbindung zwischen der Schnittstelle und den Kontaktstrukturen.
Eine Verlötung oder Verschweißung der Kontaktstrukturen mit der Schnittstelle gemäß Anspruch 5 führt zu einem besonders sicheren und unempfindlichen elektrischen Kontakt zwischen ihnen.
Ein Dichtelement gemäß Anspruch 6 ermöglicht eine Formgebung des Trägers, welche weitestgehend unabhängig ist von der Kontur des Gehäuses.
Ein durch den Träger dicht, insbesondere fluiddicht, vorzugsweise gasdicht abgeschlossenes Gehäuse gemäß Anspruch 7 schützt die darin angeordneten Bauteile.
Das Verfahren gemäß Anspruch 8 ermöglicht eine besonders einfache Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Steuergerät und der Sensoreinheit.
Durch das Verbinden der Kontaktstrukturen mit der Schnittstelle nach Zusammenfügen des Trägers mit dem Gehäuse gemäß Anspruch 9 wird ermöglicht, die beiden Bauteile unabhängig voneinander zu fertigen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch eine schematische Darstellung der Vorrichtung vor der Montage und
2 einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß 1 nach der Montage.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine Vorrichtung zur elektrischen Verbindung zweier elektrischer Bauteile umfasst ein erstes elektrisches Bauteil 1 in Form eines Steuergeräts, welches in einem Gehäuse 2 angeordnet ist, und mindestens eine erste elektrische Kontaktstruktur 3 aufweist. Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein zweites elektrisches Bauteil 4 in Form einer Sensoreinheit, welches auf einem Träger 5 angeordnet ist und mindestens eine zweite elektrische Kontaktstruktur 6 aufweist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung jeweils eine zu den Kontaktstrukturen 3, 6 zugehörige Schnittstelle 7. Die Schnittstelle 7 ist ebenfalls auf dem Träger 5 angeordnet bzw. fest mit diesem verbunden. Die Schnittstelle 7 ist insbesondere in einer Ausnehmung des Trägers 5 angeordnet.
Bei dem ersten elektrischen Bauteil 1 handelt es sich um ein Getriebesteuergerät, das heißt ein Steuergerät zum Einsatz in Getrieben von Kraftfahrzeugmotoren. Das Gehäuse 2 ist formstabil. Das Gehäuse 2 weist vorzugsweise einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Das Gehäuse 2 ist insbesondere aus Aluminium oder aus Kunststoff. Die erste elektrische Kontaktstruktur 3 umfasst einen Schaltungsträger 8 und einen ersten Folienleiter 9. Der Schaltungsträger 8 ist mittels mindestens einer elektrischen Leitung 10 elektrisch leitend mit dem ersten Folienleiter 9 verbunden. Der erste Folienleiter 9 ist abgedichtet aus dem Gehäuse 2 herausgeführt. Hierzu ist insbesondere eine Befestigungsstruktur 11 mit mindestens einer Dichtung 12 und einer Fixierungseinrichtung 13 vorgesehen. Als Fixierungseinrichtung 13 ist insbesondere eine Klemmplatte vorgesehen, mittels welcher der erste Folienleiter 9 gegen die Dichtung 12 gepresst und dadurch gegenüber dem Gehäuse 2 festgelegt ist. Als Schaltungsträger 8 ist insbesondere ein spritzgegossener Schaltungsträger, eine Leiterplatte, eine Dickschichtkeramik, eine Niedertemperatur-Einbrand-Keramik (LTCC) oder eine als Direct Bonded Copper (DCB) bekannte Halbleiterstruktur vorgesehen.
Der Träger 5 umfasst eine Trägerplatte 14 und einen Deckel 15 mit einem Dichtelement 25. Die Trägerplatte 14 weist eine Ausnehmung zur Aufnahme der Schnittstelle 7 auf. Die Trägerplatte 14 ist formstabil, insbesondere aus Kunststoff oder Aluminium. Die Trägerplatte 14 weist vorzugsweise einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Trägerplatte 14 ist insbesondere gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gehäuses 2. Als Dichtelement 25 ist eine Flächendichtung, Feststoffdichtung oder eine Flüssigkeitsdichtung vorgesehen. Das Dichtelement 25 ist beispielsweise aus Gummi.
Die Trägerplatte 14 ist vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das Gehäuse 2. Dieses Material ist vorteilhafterweise hitzebeständig bis zu einer Temperatur von mindestens 100°C, insbesondere mindestens 200°C, insbesondere mindestens 500°C. Die zweite elektrische Kontaktstruktur 6 umfasst einen zweiten Folienleiter 16. Der zweite Folienleiter 16 ist zwischen der Trägerplatte 14 und dem Deckel 15 angeordnet. Der zweite Folienleiter 16 ist mittels einer Schweiß- oder Lötstelle 17 mit Kontaktstiften 18 des zweiten elektrischen Bauteils 4 elektrisch verbunden. Das zweite elektrische Bauteil 4 umfasst eine Sensoreinheit mit mindestens einem in den Figuren nur schematisch dargestellten Sensor 24, insbesondere einer Vielzahl von Sensoren 24, einem sogenannten Sensorcluster. Die einzelnen Sensoren 24 sind in Sensordomen 19 aus Kunststoff angeordnet. Die Sensordome 19 mit den Sensoren 24 sind fest mit der Trägerplatte 14 verbunden, beispielsweise verklebt oder verschraubt. Sie können vorteilhafterweise einteilig mit der Trägerplatte 14 ausgebildet sein.
Die Schnittstelle 7 umfasst ein Stanzgitter 20 mit einer Vielzahl von Kontaktstiften 21 aus Metall. Das Stanzgitter 20 ist mit Kunststoff 22 umspritzt. Hierbei ragen die Kontaktstifte 21 an ihren Enden jeweils aus dem Kunststoff 22 heraus. Sie sind somit elektrisch kontaktierbar. Mittels des Kunststoffes 22 ist die Schnittstelle 7 fest mit der Trägerplatte 14 verbunden, beispielsweise verklebt, verpresst oder verstemmt. Ein erstes Ende jedes Kontaktstiftes 21 ist mittels einer Schweiß- oder Lötstelle 23 mit dem zweiten Folienleiter 16 elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung zwischen der Schnittstelle 7 und dem zweiten Folienleiter 16 kann auch auf alternative Weise, beispielsweise durch flächigen Kontakt oder als Steckkontakt zwischen den Kontaktstiften 21 und dem zweiten Folienleiter 16 hergestellt sein. Jedoch ist die Verbindung mittels der Schweiß- oder Lötstelle 23 besonders vorteilhaft, da sie sehr robust ist und einen sicheren elektrischen Kontakt gewährleistet.
Nach der Montage, das heißt im zusammengesetzten Zustand, schließt der Träger 5 das Gehäuse 2 dicht, insbesondere fluiddicht, vorzugsweise gasdicht nach außen ab. Hierbei ist die Trägerplatte 14 fest mit dem Gehäuse 2 verbunden, beispielsweise verschraubt, verstemmt oder verklebt, wobei das Dichtelement 25 abdichtend zwischen dem Deckel 15 und dem Gehäuse 2 angeordnet ist.
Im fertig montierten Zustand der Bauteile 1 und 4 ist die Schnittstelle 7 mittels der Kontaktstifte 21 mit dem ersten Folienleiter 9 und mit dem zweiten Folienleiter 16 elektrisch verbunden. Somit ist die erste elektrische Kontaktstruktur 3 mit der zweiten elektrischen Kontaktstruktur 6 mittels der Schnittstelle 7 elektrisch verbunden. Die Kontaktstifte 21 der Schnittstelle 7 sind insbesondere mit dem zweiten Folienleiter 16 mittels Schweiß- oder Lötstellen 23 verschweißt oder verlötet. Alternativ kann es sich bei dem Kontakt zwischen der Schnittstelle 7 und dem zweiten Folienleiter 16 ebenso wie bei dem Kontakt zwischen der Schnittstelle 7 und dem ersten Folienleiter 9 um einen Steckkontakt, insbesondere einen reibschlüssigen Steckkontakt handeln. In diesem Fall ist das Gehäuse 2 beispielsweise zu Inspektionszwecken öffenbar, das heißt der Träger 5 ist vom Gehäuse 2 abnehmbar und wieder aufsetzbar.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Zunächst wird das erste elektrische Bauteil 1 mit dem zugehörigen Gehäuse 2 hergestellt. Typischerweise werden hierbei zum Härten von Klebstoffen und Füllmaterial, insbesondere Silikon-Gel, Ofenprozesse durchlaufen. Außerdem wird das zweite elektrische Bauteil 4, insbesondere einer oder mehrere Sensoren, auf dem Träger 5 angeordnet und mit der zweiten elektrischen Kontaktstruktur 6 verbunden. Sodann wird die Schnittstelle 7 in einer dafür vorgesehenen Ausnehmung der Trägerplatte 14 angeordnet und mit dem zweiten Folienleiter 16 der zweiten elektrischen Kontaktstruktur 6 elektrisch verbunden, insbesondere verlötet oder verschweißt.
Sodann wird der als Gehäusedeckel dienende Träger 5 passgenau auf das Gehäuse 2 aufgesetzt und mit diesem verbunden, beispielsweise verschraubt, verstemmt oder verklebt. In einem abschließenden Schritt wird die Schnittstelle 7 mit dem ersten Folienleiter 9 der ersten elektrischen Kontaktstruktur 3 elektrisch verbunden, insbesondere verlötet oder verschweißt. Es ist jedoch ebenso möglich, dass der elektrische Kontakt zwischen der Schnittstelle 7 und der ersten elektrischen Kontaktstruktur 3 mittels eines Steckkontaktes zwischen den Kontaktstiften 21 und dem ersten Folienleiter 9 hergestellt wird.
Im Folgenden wird der Gegenstand der Erfindung noch einmal mit anderen Worten beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei der vorhergehenden Beschreibung, auf die hiermit verwiesen wird.
Funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei der vorhergehenden Beschreibung mit einem nachgestellten a. Das Steuergerät 1a als Beispiel für ein erstes elektrisches Bauteil ist im Allgemeinen einer Fluidumgebung ausgesetzt. Es ist mit einem als Trägerplatte 14 ausgebildeten Gehäusedeckel zur Aufnahme der Sensoreinheit 4a als Beispiel für ein zweites elektrisches Bauteil, auch Sensorcluster genannt, verschlossen. Zwischen dem Steuergerät 1a und der Trägerplatte 14 liegt ein Deckel 15 mit Dichtelement 25. Zum elektrischen Verbinden der Sensoren 24 untereinander ist mindestens ein Folienleiter 16 vorgesehen, der zwischen der Trägerplatte 14 und dem Deckel 15 mit dem Dichtelement 25 angeordnet ist. Das Dichtelement 25 ist als Flächendichtung ausgebildet.
Die Flächendichtung schließt die Gehäuseschale des Gehäuses 2 ganzflächig gegen das umgebende Fluid ab und hat den Vorteil, dass die Trägerplatte 14 keine dichtende Funktion erfüllen muss und damit in ihrer Formgebung weitestgehend unabhängig ist von der Kontur der Gehäuseschale. Dieser modulare Aufbau des Steuergeräts 1a hat zufolge, dass es möglich ist, das Steuergerät 1a in verschiedenen Getriebeausführungen einzusetzen, in dem einfach eine andere Trägerplatte 14 mit einer angepassten Sensoreinheitanordnung und Folienleiterform zur Anwendung kommt.
Der Schaltungsträger 8 ist mittels des Folienleiters 9, der aus dem Steuergerät 1a herausragt, mit seiner Umgebung elektrisch kontaktierbar. Die beiden Module, Steuergerät 1a und Sensoreinheit 4a sind mittels der elektrischen Schnittstelle 7 elektrisch miteinander verbindbar. Die Schnittstelle 7 besteht aus einem mit Kunststoff 22 umspritzten Stanzgitter 20, wobei die Enden des Stanzgitters 20 jeweils aus dem Kunststoff 22 zur Bildung elektrischer Kontakte herausragen. Die Schnittstelle 7 ist vor der Montage der Sensoreinheit 4a auf das Steuergerät 1a in einer Ausnehmung der Trä gerplatte 14 angeordnet und mit dem Folienleiter 16 der Sensoreinheit 4a, insbesondere durch Löten, elektrisch verbunden. Danach wird die Sensoreinheit 4a mit dem Steuergerät 1a verbunden, z. B. durch Verschrauben oder Verstemmen. In einem abschließenden Schritt wird die Schnittstelle 7 mit dem Folienleiter 9 aus dem Steuergerät 1a elektrisch verbunden.
Somit kann der Sensorcluster erst am Schluss auf das Steuergerät 1a montiert werden. Dadurch ist es nicht erforderlich, den Sensorcluster durch den gesamten Fertigungsprozess zu schleusen. Vor allem bei den Ofenprozessen für die Kleber- und Silikongelaushärtung ist dies von erheblichem Vorteil, da der auf Verzug empfindlich reagierende Sensorcluster nicht unnötig den hohen Temperaturen im Ofen ausgesetzt werden muss. Außerdem kann die Auslegung der Öfen wesentlich kleiner erfolgen.

Claims

Getriebesteuervorrichtung für Kraftfahrzeuge umfassend a. ein erstes elektrisches Bauteil (1; 1a), welches i. in einem Gehäuse (2) angeordnet ist und ii. mindestens eine erste elektrische Kontaktstruktur (3) aufweist, b. ein zweites elektrisches Bauteil (4; 4a), welches i. auf einem Träger (5) angeordnet ist und ii. mindestens eine zweite elektrischen Kontaktstruktur (6) aufweist, c. jeweils eine zu den Kontaktstrukturen (3, 6) zugehörige elektrische Schnittstelle (7), welche i. mit den Kontaktstrukturen (3, 6) elektrisch verbindbar ist, d. wobei die Kontaktstrukturen (3, 6) im fertig montierten Zustand der Bauteile (1, 4; 1a, 4a) mittels der jeweils zugehörigen Schnittstelle (7) miteinander elektrisch verbunden sind, e. wobei das erste elektrische Bauteil (1; 1a) ein Steuergerät umfasst, und f. wobei das zweite elektrische Bauteil (4; 4a) eine Sensoreinheit mit mindestens einem Sensor (24) umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (7) ebenfalls auf dem Träger (5) angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstrukturen (3, 6) Folienleiter (9, 16) umfassen.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (7) ein Stanzgitter (20), insbesondere ein mit Kunststoff (22) umspritztes Stanzgitter (20) umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstrukturen (3, 6) im fertig montierten Zustand der Bauteile (1, 4; 1a, 4a) mit der Schnittstelle (7) verlötet oder verschweißt sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (5) einen Deckel (15) mit einem Dichtelement (25), insbesondere mit einer Flächendichtung, einer Feststoffdichtung oder einer Flüssigkeitsdichtung umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (5) das Gehäuse (2) im fertig montierten Zustand der Bauteile (1, 4; 1a, 4a) dicht, insbesondere fluiddicht, vorzugsweise gasdicht abschließt.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung in einer Getriebesteuervorrichtung für Kraftfahrzeuge umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines ersten elektrischen Bauteils (1; 1a), welches – in einem Gehäuse (2) angeordnet ist und – mindestens eine erste elektrische Kontaktstruktur (3) aufweist, – Bereitstellen eines zweiten elektrischen Bauteils (4; 4a), welches – auf einem Träger (5) angeordnet ist und – mindestens eine zweite elektrische Kontaktstruktur (6) aufweist, – Bereitstellen mindestens einer Schnittstelle (7), – elektrisches Verbinden der Kontaktstrukturen (3, 6) mittels der Schnittstelle (7), – wobei das erste elektrische Bauteil (1; 1a) ein Steuergerät umfasst, und – wobei das zweite elektrische Bauteil (4; 4a) eine Sensoreinheit mit mindestens einem Sensor (24) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (7) vor dem Verbinden des Trägers (5) mit dem Gehäuse (2) nur mit der mindestens einen Kontaktstruktur (3, 6) des einen der Bauteile (1, 4; 1a, 4a) elektrisch verbunden von der mindestens einen Kontaktstruktur (6, 3) des anderen der Bauteile (4, 1; 4a, 1a) jedoch elektrisch isoliert ist.