DE19544974C1 - Steuergerät, insbesondere zur Auslösung eines Rückhaltemittels in einem Fahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Steuergerät, das eine in einem Gehäuse angeordnete elek­ trische Schaltung mit einem Drucksensor enthält, und das über einen im Gehäuse integrierten Steckverbinder beispielsweise mit einem Kabelstrang verbunden wird, kommt in allen nur denkbaren technischen Gebieten zum Einsatz, in denen eine Druckmessung erforderlich ist. Ein solches technisches Gebiet ist die Kraftfahrzeugtechnik, die in besonderem Maße hohe An­ forderungen an ein solches Steuergerät hinsichtlich seiner Kompaktheit/Größe, Unempfindlichkeit gegen Umwelteinflüsse, Zuverlässigkeit und Herstellungskosten stellt. Seit kurzem werden solche Steuergeräte auch zur Ansteuerung von Rückhal­ temittel wie Airbags in einem Kraftfahrzeug verwendet: So ist beispielsweise ein solches Steuergerät (DE 43 22 488 A1) in einem Seitenteil des Kraftfahrzeugs wie der Fahrertür angeordnet. Der Druck­ sensor nimmt dabei einen Luftdruckanstieg in einer Kammer der Seitentüre auf, der durch eine Verformung der Seitentüre in­ folge eines Seitenaufpralls hervorgerufen wird, und löst, ab­ hängig von der Schwere des Aufpralls, einen Seitenairbag oder andere Rückhaltemittel des Fahrzeugs aus.

In einer älteren internationalen Anmeldung (WO 96/03692) wird vorgeschlagen, einen Silizium-Drucksensor auf einer her­ kömmlichen Leiterplatte anzuordnen. Die Leiterplatte mit dem Drucksensor ist in einem Gehäuse mit einer Öffnung angeord­ net. Zwischen Gehäuseöffnung und Leiterplatte umgibt eine Hülse aus Kunststoff den Drucksensor. Auf Höhe der Gehäuse­ öffnung ist die Hülse mit einer Membran verschlossen, so daß Hülse, Membran, Leiterplatte und Drucksensor einen luftge­ füllten Raum mit geringem Volumen definieren, der ein an der Membran anliegendes Drucksignal nahezu unverfälscht zum Drucksensor überträgt. Im rechten Winkel gebogene Stecker­ stifte eines Steckverbinders sind durch das Gehäuse geführt und mit der Leiterplatte verlötet.

Infolge der relativ großen Abmessungen dieses bekannten Steu­ ergeräts, die insbesondere durch die vorbeschriebene Ausbil­ dung des Steckverbinders verursacht werden, ist das Innen­ raumvolumen des Steuergeräts zu groß, um es zur Druckübertra­ gung zwischen der mit der Membran abgedichteten Gehäuseöff­ nung und dem Drucksensor verwenden zu können, ohne dabei eine signifikante Signaldämpfung/Verfälschung in Kauf zu nehmen. Aus diesem Grund wurde die Hülse und die einstückig mit ihr ausgebildete Membran über dem Drucksensor zwischen Leiter­ platte und Gehäuseöffnung eingespannt und damit das Volumen zur Druckübertragung so gering als möglich gestaltet. Diese Lösung gewährleistet zwar eine gute Signalübertragung, ist aber aufgrund der zusätzlich benötigten Bauteile kosteninten­ siv und aufwendig in der Montage.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuergerät zu schaffen, das die Nachteile des bekannten Steuergeräts ver­ meidet, und dabei insbesondere das gesamte Innenraumvolumen eines Steuergeräts zur Übertragung von Drucksignalen verwen­ det.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 ge­ löst.

Dabei werden Bauelemente der elektrischen Schaltung wie z. B. der Drucksensor selbst über eine aus einem Metallstreifen ge­ stanzte Struktur elektrisch leitend verbunden. Die gestanzte Struktur enthält Steckerstifte eines Steckverbinders. Durch die Verwendung einer solchen gestanzten Struktur (auch "Stanzgitter", "Leadframe") anstelle einer herkömmlichen Lei­ terplatte wird das luftgefüllte Innenraumvolumen des Steuer­ geräts deutlich verringert, da insbesondere im Bereich des Steckverbinders durch die einstückig mit der gestanzten Struktur ausgebildeten Steckerstifte die horizontale Ausdeh­ nung des Steuergeräts verringert wird. So kann ein Bereich in der Gehäusewandung des Gehäuses als Membran ausgebildet und das verkleinerte Innenraumvolumen des Steuergeräts zur Druck­ übertragung verwendet werden, ohne daß durch zusätzliche Bau­ teile ein abgegrenzter Raum im Steuergerät zur Druckübertra­ gung geschaffen werden muß. Es wird eine ausgezeichnete Über­ tragung von Drucksignalen erreicht, da die am Gehäuse ange­ ordnete Membran gegen Umwelteinflüsse schützt und damit die Drucksensormembran selbst ungeschützt bleiben kann. So ist es auch nicht erforderlich, die Drucksensormembran mit einer Schutzschicht zu versehen, die die Trägheit der Drucksensor­ membran verstärkt, so daß der Drucksensor nicht mehr Druck, sondern auch Beschleunigungen aufnimmt. Wird der Drucksensor beispielsweise in einem Fahrzeug eingesetzt, ist er Beschleu­ nigungen ausgesetzt, die so in sein Ausgangssignal eingehen würden.

Ein Aufnahmeteil des Steckverbinders für einen Gegenstecker wird direkt an die gestanzte Struktur angebracht/angespritzt, und zwar möglichst nahe an die elektrische Schaltung. Des weiteren können auch Filterkondensatoren zur elektromagneti­ schen Schirmung direkt am Ort des Eintritts der Steckerstifte in das Gehäuse angeordnet werden, so daß herkömmliche raum­ greifende Filterstecker überflüssig sind. Damit wird nicht nur das Innenraumvolumen mit den vorgenannten Konsequenzen verringert; derart angeordnete Filterkondensatoren gewährlei­ sten auch einen bestmöglichen Schutz gegen elektromagnetische Einstrahlung, da das Innere des Steuergeräts keine als Anten­ nen wirkende ungeschirmte Leiterbahnen/Steckerstifte mehr aufweist.

Ferner kann die gestanzte Struktur entweder im Inneren des Gehäuses oder - sofern die gestanzte Struktur durch das Ge­ häuse hindurchgeführt wird - außerhalb des Gehäuses eine oder mehrere Bohrungen aufweisen, über die das Steuergerät bei­ spielsweise an einen Träger im Kraftfahrzeug befestigt wird. Eine solche Befestigung dient dann gleichzeitig als Masseab­ leitung. Damit wird gegenüber bekannten Steuergeräten ein weiteres Bauteil eingespart, das bislang die Verbindung zwi­ schen Masse auf einer herkömmlichen Leiterplatte und einem externen Masseanschluß gewährleistet hat. Auch durch diese Maßnahme wird die Ausdehnung des Steuergeräts und damit sein Innenraumvolumen reduziert.

Vorzugsweise weist die gestanzte Struktur auch flächige Be­ reiche zur elektromagnetischen Abschirmung auf, die einstüc­ kig mit Bereichen der gestanzten Struktur ausgebildet sind, die als Leiterbahnen zur elektrisch leitenden Verbindung der Bauelemente dienen. Auch diese Weiterbildung der Erfindung reduziert die Ausdehnung des Steuergeräts und damit seines Innenraumvolumens, da nun separate Schirmbleche und zusätzli­ che Masselagen in Leiterplatten überflüssig sind.

Vorzugsweise werden integrierte Schaltungen ungehäust auf der gestanzten Struktur angeordnet. Auch für diese Weiterbildung der Erfindung gelten die Vorteile der zuvor genannten Weiter­ bildungen.

Der Einsatz einer gestanzten Struktur erfordert zudem, daß Leiterbahnen der gestanzten Struktur kreuzungsfrei geführt werden. Diese Tatsache führt dazu, daß relativ wenige Bauele­ mente auf einer solchen gestanzten Struktur angeordnet werden können und vermehrt hochintegrierte Schaltungen wie Multi­ chipmodule eingesetzt werden, was wiederum die räumliche Aus­ dehnung der elektrischen Schaltung verringert.

Weitere Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer Weiterbildungen werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine gestanzte Struktur für ein erfindungsgemäßes Steuergerät,

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Steuergerät in Draufsicht,

Fig. 3 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Steuerge­ räts nach Fig. 2 entlang der Linie A-A,

Fig. 4 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Steuerge­ räts gemäß Fig. 2 entlang der Linie B-B, und

Fig. 5 ein bekanntes Steuergerät.

Fig. 1 zeigt eine aus einem Metallstreifen 12 gestanzte Struktur 1 wie sie in einem erfindungsgemäßen Steuergerät zum Einsatz kommt. Zur rechten Seite der gestrichelten Linie schließt sich eine zweite aus dem Metallstreifen 12 gestanzte Struktur an. Die gestanzte Struktur 1 enthält Leiterbahnen 11, die elektrische Bauelemente 2 und einen Drucksensor 21 elektrisch leitend miteinander verbinden, und die zugleich zur Befestigung der Bauelemente 2, 21 dienen. Anschlußstifte der Bauelemente 2, 21 werden durch Löcher der gestanzten Struktur 1 geführt und dann auf der Rückseite der gestanzten Struktur 1 verlöte, oder sie werden derart umgebogen, daß sie auf der Vorderseite der gestanzten Struktur 1 verlötet werden können. Die gestanzte Struktur 1 weist ferner Stecker­ stifte 42 eines Steckverbinders auf. Flächige Bereiche 13 dienen zur elektromagnetischen Schirmung und werden in diesem Ausführungsbeispiel als Rahmen der gestanzten Struktur 1 ver­ wendet. Über Befestigungslöcher 14 wird der Metallstreifen 12 zur Fertigung am laufenden Band weitertransportiert. Flächige Bereiche des Metallstreifens können auch innerhalb der ge­ stanzten Struktur zwischen Leiterbahnen angeordnet sein oder als Randbereiche der gestanzten Struktur umgebogen werden, so daß ein bestmöglicher Schutz gegen elektromagnetische Ein­ strahlung erzeugt wird. Die Befestigungslöcher können nicht nur zur Beförderung des Metallstreifens am laufenden Band verwendet werden, sondern auch zur Befestigung des betreffen­ den Steuergerätes mit der gestanzten Struktur an einem Trä­ ger. Zur besseren Kontaktierung können zumindest Bereiche der Steckerstifte mit Gold beschichtet sein.

Eine solche gestanzte Struktur wird hergestellt, indem eine Gitterstruktur aus dem Metallstreifen gestanzt wird. Darauf­ hin werden Bereiche dieses Gitters mit Kunststoffbrücken um­ spritzt und Leiterbahnunterbrechungen aus der Gitterstruktur herausgestanzt, so daß die einzelnen Leiterbahnen nach Bedarf voneinander isoliert sind. Vor oder nach letztgenanntem Her­ stellungsschritt werden die Bauelemente auf die gestanzte Struktur aufgebracht. Die Kunststoffbrücken gewähren den not­ wendigen mechanischen Halt für die einzelnen Leiterbahnen.

Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Steuergerät in Draufsicht mit einem Gehäuse 3 mit einem Gehäuseunterteil 31, das als Träger einer gestanzten Struktur 1 dient, von der lediglich die Steckerstifte 42 gestrichelt angedeutet und ein aus dem Gehäuse (3) geführte Teile (15) sichtbar sind. Das Gehäuseun­ terteil 31 enthält einen Steckverbinder 4 mit einem Aufnahme­ teil 41 für einen Gegenstecker. Über Rasthaken 311 ist das Gehäuseunterteil 31 mit einem Gehäusedeckel 32 verschlossen, von dem vorwiegend eine Schutzplatte 324 sichtbar ist. An zwei Stellen wird die gestanzte Struktur 1 aus dem Gehäuseun­ terteil 31 herausgeführt und mit Schrauben 51 auf einem ex­ ternen Träger 5 befestigt.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des Steuergeräts nach Fig. 2 entlang der Schnittlinie A-A. Dabei ist insbesondere die einstückige Ausbildung der Steckerstifte 42 mit der gestanz­ ten Struktur 1 ersichtlich. Auf der gestanzten Struktur 1 ist ein ungehäuster Drucksensor 21, ein Filterkondensator 22, ein ungehäuster Verstärker 23 sowie weitere Bauelemente 2 ange­ bracht. Der Drucksensor 21 kann als beliebiger Drucksensor ausgebildet sein, insbesondere jedoch als Silizium-Drucksen­ sor, der in seinem Substrat noch einen weiteren Teil einer elektrischen Schaltung aufnehmen kann. Eine solche inte­ grierte Schaltung mit einem Drucksensor 21 wird dann als un­ gehäuste integrierte Schaltung direkt auf die gestanzte Struktur 1 gebondet, wie es in Fig. 3 angedeutet ist.

Da durch die flächigen Bereiche der gestanzten Struktur der Schutz vor elektromagnetischer Einstrahlung auf die elektri­ sche Schaltung des Steuergeräts gewährleistet wird, wird das Gehäuse des Steuergeräts vorzugsweise aus Kunststoff herge­ stellt. Dabei wird beispielsweise das Gehäuseunterteil 31 in­ klusive des Aufnahmeteils 41 des Steckverbinders 4 um die ge­ stanzte Struktur 1 gespritzt. Das Gehäuseunterteil 31 ist mit dem Gehäusedeckel 32, der ebenfalls aus Kunststoff herge­ stellt ist, auf beliebige Art wasserdicht verschlossen. Im Ausführungsbeispiel ist diese Verbindung durch Rasthaken 311 bei einem eingelegten Dichtring 33 zwischen Gehäusedeckel 32 und Gehäuseunterteil 31 realisiert, wobei der Dichtring 33 ebenfalls als Kunststoff auf eine der Gehäusehälften 31, 32 gespritzt werden kann.

Eine Membran 322 ist fest mit dem Gehäusedeckel 32 verbunden. Die Membran 322 kann beispielsweise aus weichem Kunststoff hergestellt sein und damit auf eine Öffnung 321 des Gehäuse­ deckels 32 gespritzt werden. Die Membran 322 kann jedoch auch einstückig mit dem Gehäusedeckel 32 ausgebildet sein. Der Ge­ häusedeckel 32 enthält dazu einen als Membran 322 dienenden Bereich, der eine geringere Dicke als die Gehäusewandung 323 des Gehäusedeckels 32 aufweist.

Die Membran 322 soll den Innenraum des Steuergeräts und dabei insbesondere den Drucksensor 21 und die elektrische Schaltung vor Umwelteinflüssen und Korrosion schützen. Dabei ist die Membran 322 wasserundurchlässig wie auch ihre Verbindung zum Gehäusedeckel 32 wasserundurchlässig gestaltet ist. Vorzugs­ weise ist die Membran 322 jedoch leicht luftdurchlässig, so daß zum Beispiel eine durch eine Temperaturerhöhung verur­ sachte Druckerhöhung im Innenraum des Steuergeräts durch ei­ nen Druckausgleich mit der Umgebung über die Membran 322 aus­ geglichen wird. Dieser Druckausgleich erfolgt dabei in einem großen Zeitintervall - etwa im Minutenbereich - verglichen mit der Dauer von aufgenommenen signifikanten Drucksignalen.

Damit werden die aufgenommenen Drucksignale nicht abge­ schwächt oder verfälscht. Die Membran 322 ist dabei bei­ spielsweise aus einem elastischen Kunststoff wie Silikongummi hergestellt.

Vorzugsweise weist die Membran 322 eine Sicke 3221 in ihrem äußeren Umfangsteil auf, über die sich die Membran 322 in ge­ wissen Grenzen ausdehnen oder zusammenziehen kann, um damit Spannungen in der Membran 322 auszugleichen, die durch wech­ selnde Temperaturen oder einen sich ändernden Umgebungsdruck hervorgerufen werden. Dadurch wirkt auf die ausgelenkte Mem­ bran 322 eine nahezu konstante Rückstellkraft über ihren gan­ zen Auslenkungsbereich, so daß die Empfindlichkeit des Druck­ sensors 21 nicht beeinflußt wird.

Über der relativ großflächig ausgebildeten Membran 322 in Fig. 3, die ein Drucksignal damit besonders gut zum Drucksen­ sor 21 überträgt, ist eine Schutzplatte 324 angeordnet, die als Spritzwasserschutz dient und verhindert, daß die Membran 322 berührt wird.

Fig. 4 zeigt die Befestigung des Steuergeräts über den aus dem Gehäuse 3 herausgeführten Teil 15 der gestanzten Struktur 1 über eine Schraubverbindung 51 mit dem Träger 5, wobei durch diese Befestigung das Massepotential der gestanzten Struktur 1 auf das Potential des Trägers 5 gelegt wird. Wird das erfindungsgemäße Steuergerät als Steuergerät zur Auslö­ sung eines Seitenairbags in einem Kraftfahrzeug eingesetzt, so wird das Steuergerät in einer Fahrzeugtür auf einem Trä­ ger/Halter der Fahrzeugtür befestigt.

Die Bestückung der gestanzten Struktur 1 mit Bauelementen 2 und mit dem Drucksensor 21 kann auch in dem bereits die ge­ stanzte Struktur 1 enthaltenden Gehäuseunterteil 31 ohne Ge­ häusedeckel 32 erfolgen.

Fig. 5 zeigt ein bekanntes Steuergerät zur Auslösung eines Rückhaltemittels in einem Fahrzeug mit den bereits bekannten Komponenten, nur daß der gehäuste Verstärker 23, der auf ei­ nem Halter 211 angeordnete Drucksensor 21, der Filterkonden­ sator 22 und die Steckerstifte 42 als separate, gebogene Bau­ teile mit einer herkömmlichen Leiterplatte 6 verbunden sind, und durch eine den Drucksensor 21 umgebende Hülse 7 mit einer Membran 322 ein kleines Volumen zur Druckübertragung erwirkt wird, da das Innenraumvolumen für die Druckübertragung zu groß ist.

Claims (8)

1. Steuergerät, insbesondere zur Auslösung eines Rückhaltemit­ tels in einem Fahrzeug, mit einem Gehäuse (3) mit einem Steckverbinder (4), und mit einer im Gehäuse (3) angeordneten elektrischen Schaltung mit einem Drucksensor (21), dadurch gekennzeichnet, daß Bauelemente (2, 21) der elektrischen Schaltung über eine aus einem Metallstreifen (12) gestanzte Struktur (1) elektrisch leitend verbunden sind, daß die ge­ stanzte Struktur (1) Steckerstifte (42) des Steckverbinders (4) enthält, und daß ein Bereich in der Gehäusewandung (323) als Membran (322) zur Druckübertragung ausgebildet ist.

2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) aus Kunststoff besteht.

3. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufnahmeteil (41) des Steckverbinders (4) zur Aufnahme eines Gegensteckers und ein Teil des Gehäuses (3) einstückig ausgebildet sind.

4. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Membran (322) ausgebildete Bereich einstückig mit dem Gehäuse (3) ausgebildet ist und eine geringere Dicke als die Gehäusewandung (323) aufweist.

5. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) eine Öffnung (321) aufweist, über der eine Membran (322) aus weichem Kunststoff angeordnet ist, die wasserdicht mit dem Gehäuse (3) verbunden ist.

6. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (21) integriert und als ungehäuste inte­ grierte Schaltung auf der gestanzten Struktur (1) angeordnet ist.

7. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil (15) der gestanzten Struktur (1) aus dem Gehäuse geführt ist, und daß das Steuergerät mit diesem Teil (15) auf einem Träger (5) befestigt ist.

8. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gestanzte Struktur (1) flächige Bereiche (13) zur elek­ tromagnetischen Abschirmung aufweist.