DE10034876C1 - Kraftfahrzeug-Steuergerät mit integriertem Druckschalter - Google Patents

Abstract

Ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug zum Einbau in ein Getriebe oder einen Motor weist ein öldichtes Gehäuse (1, 2) auf, in welchem eine Steuerelektronik untergebracht ist. In einer Wandung (1) des Steuergerätgehäuses (1, 2) ist ein Aufnahmeraum (7) zur Unterbringung eines elektrischen Drucksensors, insbesondere Druckschalters (9, 10, 11), ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zum Einbau in ein Ge­ triebe oder einen Motor eines Kraftfahrzeugs nach dem Ober­ griff des Anspruchs 1.

Seit einigen Jahren besteht im Automobilbau die Tendenz, Ge­ triebe- und Motorsteuergeräte direkt in die entsprechende Baugruppe (Getriebe bzw. Motor) zu integrieren. Die Gründe für dieses mit dem Begriff "Vor-Ort-Elektronik" umschriebene Konzept sind die höhere Zuverlässigkeit einer solchen Lösung und die niedrigeren Kosten, die durch den Wegfall von elekt­ rischen Verbindungselementen (Kabel, Steckverbinder) zwischen der Steuerelektronik und den Aktoren und Sensoren im Getriebe bzw. Motor ermöglich werden.

In der den nächstliegenden Stand der Technik darstellenden deutschen Patentschrift DE 197 12 842 C1 ist ein Steuergerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben. Die elekt­ rische Verbindung zwischen der in dem Steuergerät unterge­ brachten Steuerelektronik und den außerhalb des Steuergeräts angeordneten Aktoren und Sensoren erfolgt über elektrische Leiter, die in dem Gehäusedeckel des Steuergeräts geführt sind.

In praktisch allen Fällen steht das Steuergerät mit einem o­ der mehreren Öldrucksensoren in Verbindung. Öldrucksensoren werden derzeit üblicherweise als Einzelkomponenten gefertigt und an geeigneten Orten im Motor bzw. im Getriebe angebracht. Die Sensoren sind in der Regel mit einem öldichten Sensorge­ häuse ausgeführt.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 44 47 513 A1 ist ein Drucksensor beschrieben, welcher auf einer Leiterplatte mon­ tiert und zusammen mit der Leiterplatte in einem dichten Gehäuse untergebracht ist. Die Abdichtung zwischen dem mit sei­ ner Sensorfläche freiliegenden Drucksensor und dem Gehäusede­ ckel wird dabei über einen zwischen der Leiterplatte und dem Gehäusedeckel eingespannten Dichtkörper erreicht.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 52 921 A1 ist ein abdichtend in eine Gehäuseöffnung eingesetzter Ultraschall­ wandler beschrieben. Die Abdichtung zwischen dem Ultraschall­ wandler und dem Gehäuse wird dabei durch einen elastischen Entkopplungsring bewirkt, welcher durch eine Überwurfkappe gesichert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen und kostengünstigen Aufbau für ein System bestehend aus Steuerge­ rät und Drucksensor zu schaffen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Unterbringung des elektrischen Drucksensors in ei­ nen Aufnahmeraum, welcher unmittelbar in der Wandung des Steuergerätgehäuses ausgebildet ist, wird ein kompakter und platzsparender Gesamtaufbau des Systems bestehend aus Steuer­ gerät und Drucksensor geschaffen. Ein gesondertes Gehäuse zur Unterbringung des Drucksensors entfällt. Aufgrund der Unter­ bringung des Drucksensors in einem Teil des Steuergeräts ist ferner eine einfache und kostengünstige elektrische Verbin­ dung zwischen der Steuerelektronik und dem Sensor realisier­ bar.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei der Wandung des Steuergerätgehäuses um eine die Steuerelektronik tragende Bodenplatte des Steuergeräts. Der Drucksensor kann dann in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Steuerelektronik angeordnet sein.

Vorzugsweise erfolgt die Kontaktierung des Drucksensors über eine flexible Leitplatte.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Er­ findung wird der Drucksensor durch einen Druckschalter reali­ siert. In diesem Fall wird ein einfacher Aufbau des Druck­ schalters dadurch geschaffen, daß eine flexible, metallische Membrane in dem Druckschalter enthalten ist, welche infolge einer Druckveränderung aus einer Ruhelage auslenkbar ist und dabei bewirkt, daß erste und zweite elektrische Kontakte ei­ nes elektrischen Stromkreises getrennt oder verbunden werden.

Die Membrane kann als Betätigungselement eines im Druckschal­ ter vorgesehenen elektrischen Schalters wirken. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Membrane selber als strom­ führendes Schaltelement im Stromkreis angeordnet ist, das entsprechend ihrer Stellung die elektrischen Kontakte trennt oder verbindet.

Zweckmäßiger Weise steht die Membrane im zweiten Fall im Be­ reich ihrer randseitigen Abstützung mit einem ersten elektri­ schen Kontakt in elektrischen Verbindung, und der zweite e­ lektrische Kontakt ist innerhalb des Aufnahmeraums derart an­ geordnet, daß er bei einer durch Außendruckeinwirkung herbei­ geführten Auslenkung der Membrane mit dieser in elektrischen Kontakt gelangt. Der Stromkreis wird in diesem Fall durch Druckeinwirkung geschlossen. Eine andere Möglichkeit einer als Schaltelement eingesetzten Membrane besteht darin, daß diese bei Druckeinwirkung einen Stromkreis öffnet.

Vorzugsweise werden die beiden elektrischen Kontakte durch Kontaktflächen gebildet, die unmittelbar auf der flexiblen Leiterplatte realisiert sind. Die flexible Leiterplatte, die insbesondere auch zur elektrischen Kontaktierung der Steuer­ elektronik sowie zur Verteilung von Steuer- und Erfassungs­ signalen an außerhalb des Steuergerätgehäuses angeordneten Aktoren/Sensoren dienen kann, wird dadurch integraler Be­ standteil des Druckschalters.

Eine baulich vorteilhafte Maßnahme kennzeichnet sich dadurch, daß die flexible Membrane an einem die Membrane hintergrei­ fenden Haltevorsprung des Steuergerätgehäuses mechanisch ab­ gestützt ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Teilschnittansicht eines Steuerge­ rätes gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Druckschalters;

Fig. 3 eine Explosionsdarstellung der Teile des in Fig. 1 gezeigten Druckschalters; und

Fig. 4 eine flexible Leiterplatte zur Realisierung der Schalterkontakte des Druckschalters in Draufsicht.

Ein in Fig. 1 lediglich teilweise dargestelltes elektroni­ sches Steuergerät zum Verbau in einem Motor oder einem Ge­ triebe umfaßt eine Bodenplatte 1, einen Gehäusedeckel 2 und eine in dem Hohlraum 3 zwischen der Bodenplatte 1 und dem Ge­ häusedeckel 2 untergebrachte elektronische Schaltung (nicht dargestellt). Die elektronische Schaltung kann in üblicher Weise z. B. auf einem Keramiksubstrat aufgebaut sein und steht über geeignete elektrische Verbindungselemente mit Aktoren und Sensoren in elektrischer Verbindung, die außerhalb des Steuergeräts im Motor bzw. im Getriebe angeordnet sind.

Als elektrisches Verbindungselement zwischen der elektroni­ schen Schaltung und den Aktoren/Sensoren kann beispielsweise eine flexible Leiterplatte 4 dienen, die sich mit einem Hauptabschnitt 4a innerhalb des Steuergerätgehäuses 1, 2 er­ streckt, durch einen Spalt 5 zwischen dem Gehäusedeckel 2 und der Bodenplatte 1 aus dem Steuergerätgehäuse herausgeführt ist und mit ihrem freien Ende 4b die Aktoren/Sensoren (nicht dargestellt) kontaktiert. Die Dichtheit der Leiterplatten­ durchführung gegenüber einem außerhalb des Steuergeräts 3 vorhandenen Motor- oder Getriebeöls wird dabei durch eine Formdichtung 6 gewährleistet, die sich entlang des Gehäuse­ spalts 5 erstreckt und diesen abdichtend verschließt.

Innerhalb der metallischen Bodenplatte 1 des Steuergerätge­ häuses 1, 2 ist ein Öldruckschalter realisiert. Zu diesem Zweck weist die Bodenplatte 1 eine Durchtrittsöffnung 7 auf, welche auf der dem Hohlraum 3 zugewandten Seite von einer Verschlußplatte 8 verschlossen ist. Die Verschlußplatte 8 und die Durchtrittsöffnung 7 begrenzen einen Aufnahmeraum für den Druckschalter.

Der Druckschalter besteht im wesentlichen aus einem flexib­ len, metallischen Schaltelement 9, das einen Stromkreis zwi­ schen einem Basiskontakt 10 und einem Gegenkontakt 11 zu öff­ nen oder zu schließen vermag, siehe auch Fig. 2. Das Schalt­ element 9 wird beispielsweise durch eine Membrane mit kreis­ scheibenförmigem Grundriß realisiert. In einem äußeren Ring­ bereich 9a steht die Membrane 9 fest mit dem Basiskontakt 10 in elektrischer Verbindung. Im linken Teil der Fig. 2 ist die druckentlastete Normallage der Membrane 9 dargestellt. Die Membrane 9 weist eine nach außen gerichtete Wölbung auf. In dieser Stellung ist ein zentraler Bereich 9b der Membrane von dem Gegenkontakt 11 beabstandet.

Im rechten Teil der Fig. 2 ist die geschlossene Stellung des Stromkreises dargestellt. Infolge einer in Richtung des Pfei­ les P einwirkenden Kraft wird die Membrane 9 aus ihrer Nor­ mallage ausgelenkt und in entgegengesetzter Richtung (bezüg­ lich der Richtung der Wölbung in ihrer Normallage) durchge­ wölbt. Dabei gelangt der Zentralbereich 9b der Membrane 9 mit dem Gegenkontakt 11 in Anlage, so daß die beiden Kontakte 10 und 11 elektrisch verbunden werden, siehe auch Fig. 1.

Der Schaltpunkt der Membrane 9 kann durch Wahl des Materials (z. B. Stahl) und der Geometrie der Membrane (Durchmesser, Stärke, Auslenkung in Normallage) sowie durch ihre mechani­ sche Fixierung im Randbereich sehr definiert eingestellt wer­ den.

Der konstruktive Aufbau des integrierten Druckschalters wird aus den Fig. 1 und 3 deutlich. Der ringförmige Basiskon­ takt 10 und der Gegenkontakt 11 sind beide in Form von Metal­ lisierungsflächen realisiert, die an einer gemeinsamen flexiblen Leiterplatte 14 gebildet sind. Die flexible Leiter­ platte 14 kann identisch mit der flexiblen Leiterplatte 4 sein.

Ein Hauptabschnitt 14.1 der flexiblen Leiterplatte 14 er­ streckt sich auf der dem Hohlraum 3 zugewandten Innenseite der Bodenplatte 1 und ist beispielsweise auf dieser auflami­ niert. Ein als Basisabschnitt 14.2 bezeichneter Teil dieser Leiterplatte 14 ist im Bereich einer an die Durchtrittsöff­ nung 7 seitlich angrenzenden rampenförmigen Ausnehmung 15 in der Bodenplatte 1 in die Durchtrittsöffnung 7 geführt und verläuft dort in einer Ebene unterhalb der Ebene des Hauptab­ schnitts 14.1. Der Basisabschnitt 14.2 trägt den Basiskontakt 10. Die Leiterplatte 14 weist ferner eine Lasche 14.3 auf, welche auf die Leiterplatte 14 zurückgefaltet ist und im Be­ reich des Laschenendes 14.4 den Gegenkontakt 11 ausbildet. Das Laschenende 14.4 ist mit der Leiterplattenunterseite fest an der Verschlußplatte 8 fixiert.

Der Öffnungsbereich der Bodenplatte 1 weist eine gestufte Querschnittsform auf. An der Unterseite der Bodenplatte 1 wird die Öffnung 7 durch einen integralen, in den Öffnungsbe­ reich vorstehenden ringförmigen Haltevorsprung 12 verengt. Der Haltevorsprung 12 greift in eine Umfangsnut einer Form­ dichtung 13 ein, welche in die Öffnung 7 eingesetzt ist. Die Formdichtung 13 weist einen oberen Dichtungswulst 13.1 auf, welcher zumindest teilweise zur Abstützung des Basiskontakts 10 und der auf dem Basiskontakt 10 aufliegenden Membrane 9 dient. Als Gegendruckelement und Niederhalter wirkt eine mit einer Zentralöffnung 16.1 versehene Distanzplatte 16. Die Distanzplatte 16 dient darüber hinaus zur Lagefixierung des Laschenendes 14.4, welches zwischen der Oberseite der Dis­ tanzplatte 16 und der Unterseite der Verschlußplatte 8 einge­ zwängt ist.

Die Membrane 9 kann unmittelbar dem Umgebungsöl ausgesetzt sein, d. h. durch den Druck dieses Umgebungsöls (Motor- oder Getriebeöl) betätigt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Membrane 9 indirekt von einer Kraftübertragung 17 beaufschlagt wird. Die Schaltstellung der Membrane 9 er­ gibt sich dann in Abhängigkeit von der Andruckkraft, die die Kraftübertragung 17 auf die Membrane 9 ausübt.

Durch die Zwischenschaltung der Kraftübertragung 17 wird er­ reicht, daß der Druckschalter auch zur Erfassung von Druck­ kräften eingesetzt werden kann, die nicht durch das Umge­ bungsöl erzeugt werden. Beispielsweise kann die Kraftübertra­ gung 17 durch eine Getriebehydraulikplatte 18 hindurchgeführt sein und an ihrem von der Membrane 9 abgewandten Ende 17.1 mit einer Hydraulikflüssigkeit in Kontakt stehen. Die Boden­ platte 1 des Steuergeräts mit integriertem Druckschalter wür­ de in diesem Fall so an die Getriebehydraulikplatte 18 ange­ setzt werden, daß der Öffnungsbereich 7 mittels der Formdich­ tung 13 gegenüber dem Umgebungsöl abgedichtet wird und eine Druckbeaufschlagung der Membrane 9 allein durch die Kraft­ übertragung 17 erfolgt. Auf diese Weise kann der integrierte Druckschalter zum Sensieren des Drucks einer Hydraulikflüs­ sigkeit eingesetzt werden.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Membrane 9 nicht selber als stromführendes Schaltelement des Druckschal­ ters tätig wird sondern lediglich die Betätigungsfunktion für einen in dem Druckschalter enthaltenen, separaten elektri­ schen Schalter (z. B. Mikroschalter, Folienschalter oder ähn­ liches) übernimmt.

Fig. 4 zeigt die flexible Leiterplatte 14 in perspektivischer Draufsicht vor ihrem Einbau in den Druckschalter. Der Basis­ abschnitt 14.2, der bereits mit der Metallisierung für den ringförmigen Basiskontakt 10 versehen ist, ist gegenüber dem Hauptabschnitt 14.1 der Leiterplatte 14 infolge eines teil­ kreisförmigen Freischnitts 14.5 beweglich. Die Leiterplatten­ lasche 14.3, die beim Einbau der Leiterplatte entsprechend dem Pfeil K auf den Hauptabschnitt 14.1 der Leiterplatte 14 zurückgeklappt wird, ist in Fig. 4 als ein Konturvorsprung der Leiterplatte 14 dargestellt. Eine andere Möglichkeit be­ steht darin, daß die Leiterplattenlasche 14.3 vergleichbar dem Abschnitt 14.2 durch einen Freischnitt in der Leiterplat­ te 14 realisiert wird.

Es wird darauf hingewiesen, daß der integrierte Druckschalter nicht in der Bodenplatte 1 des Steuergerätgehäuses angeordnet sein muß, sondern auch in einer anderen Wandung des Steuerge­ rätgehäuses, z. B. in dem Gehäusedeckel 2, realisiert sein kann.

Claims (14)

1. Steuergerät für ein Kraftfahrzeug zum Einbau in ein Ge­ triebe oder einen Motor, mit
einer in einem öldichten Gehäuse (1, 2) des Steuergerätes untergebrachten Steuerelektronik,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einer Wandung des Steuergerätgehäuses (1, 2) ein Aufnahmeraum (7, 8) zur Unterbringung eines elektrischen Drucksensors (9, 10, 11) ausgebildet ist.

2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Wandung des Steuergerätgehäuses (1, 2) um eine die Steuerelektronik tragende Bodenplatte (1) han­ delt.

3. Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (9, 10, 11) von einer flexiblen Leiter­ platte (14) elektrisch kontaktiert wird.

4. Steuergerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Leiterplatte (14) gleichzeitig zur elekt­ rischen Kontaktierung der im Steuergerätgehäuse (1, 2) un­ tergebrachten Steuerelektronik dient.

5. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Drucksensor um einen Druckschalter (9, 10, 11) handelt.

6. Steuergerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Druckschalter (9, 10, 11) eine flexib­ le, metallische Membrane (9) umfaßt, welche infolge einer Druckveränderung aus einer Ruhelage auslenkbar ist und da­ bei bewirkt, daß erste und zweite elektrische Kontakte (10, 11) eines elektrischen Stromkreises getrennt oder verbunden werden.

7. Steuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (9) in dem Stromkreis angeordnet ist.

8. Steuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Membrane (9) mit einem ersten elektrischen Kontakt (10) im Bereich ihrer randseitigen Abstützung in elektri­ scher Verbindung steht, und
daß der zweite elektrische Kontakt (11) innerhalb des Auf­ nahmeraums (7, 8) derart angeordnet ist, daß er bei einer durch Außendruckeinwirkung herbeigeführten Auslenkung der Membrane (9) mit dieser in elektrischen Kontakt gelangt.

9. Steuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den ersten und zweiten Kontakten ein separater elektrischer Schalter im Stromkreis vorgesehen ist, und
daß die Membrane (9) als Betätigungselement des Schalters wirkt.

10. Steuergerät nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide elektrischen Kontakte (10, 11) durch Kontaktflä­ chen gebildet werden, die auf der flexiblen Leiterplatte (14) realisiert sind.

11. Steuergerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die flexible Leiterplatte (14)
einen in einer Hauptebene liegenden Hauptabschnitt (14.1) aufweist,
einen Basisabschnitt (14.2) aufweist, welcher vermöge ei­ nes Freischnitts (14.4) aus der Hauptebene (14.1) heraus in eine Basisebene geführt ist und die Kontaktfläche für den ersten elektrischen Kontakt (10) mit der Membrane (9) trägt, und
eine Leiterplattenlasche (14.3, 14.4) aufweist, an welcher die Kontaktfläche für den zweiten elektrischen Kontakt (11) mit der Membrane (9) realisiert ist, wobei sich die Leiterplattenlasche (14.3) im Bereich dieser Kontaktfläche (11) zwischen der Basisebene und der Hauptebene erstreckt.

12. Steuergerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptabschnitt (14.1) der Leiterplatte (14) an der Innenseite der Gehäusewandung (1) verläuft, insbesondere auf diese auflaminiert ist.

13. Steuergerät nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplattenlasche (14.3, 14.4) von einem auf die Leiterplatte (14) zurückgeklappten Abschnitt der Leiter­ platte (14) gebildet ist, welcher durch eine von dem frei­ geschnittenen Basisabschnitt (14.2) geschaffene Öffnung im Hauptabschnitt (14.1) geführt ist.

14. Steuergerät nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (9) an einem die Membrane (9) hintergrei­ fenden Haltevorsprung (12) des Steuergerätgehäuses (1, 2) mechanisch abgestützt ist.