DE10131424A1 - Gehäuse für eine elektrische Baugruppe mit einem Beschleunigungssensor - Google Patents

Abstract

Es wird ein Gehäuse für elektrische Baugruppen mit einem Beschleunigungssensor vorgestellt, bei dem die Weiterleitung von Nutzfrequenzanteilen des Beschleunigungssignals an die Beschleunigungssensoren ermöglicht, die Weiterleitung von Störfrequenzanteilen jedoch gedämpft wird. DOLLAR A Dazu werden im Material des Gehäuses selbst Konstruktionsmittel, insbesondere Dämpfungselemente aus einem vom Gehäuse abweichenden Kunststoff eingearbeitet, wobei die Dämpfungseigenschaften des Dämpfungselements neben der Auswahl des Materials durch innere Hohlräume im Dämpfungselement variiert werden können. Darüber hinaus sind eine Reihe ergänzender Maßnahmen zur frequenzselektiven Optimierung des Schwingungsverhaltens möglich.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine elektrische Baugruppe mit einem Beschleunigungssensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Elektrische Baugruppen mit Beschleunigungsaufnehmern werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um Sicherheitseinrichtungen, wie Airbags, beim Auftreten eines Unfalls auszulösen. Dazu müssen die bei einem Unfall auftretenden Beschleunigungen möglichst genau zum Sensor übertragen werden, was im Stand der Technik üblicherweise durch eine möglichst starre Anbindung der elektrischen Sensorbaugruppe an das Gehäuse erreicht werden soll. So sieht die EP 0 675 363 A2 ein Gehäuse einer Sensorbaugruppe vor, welches durch einen vom Kunststoffgehäuse umspritzten Leadframe so weit versteift ist, daß die Eigenfrequenz des Gehäuses extrem hoch ist (> 4 kHz) und der interessierende Frequenzbereich möglichst unverfälscht übertragen wird. Insbesondere werden zur weiteren Versteifung die Anschlußstücke des Leadframe durch ausgeformte Rippen verdickt (Sp. 10, Z. 10 ff., Fig. 1). Diese starre Anbindung führt jedoch aber zu einer ebenso starken Weiterleitung auch von Störbeschleunigungen, wie sie beispielsweise auch durch Unebenheiten in der Fahrbahn, Bordsteinberührungen oder Stein- oder Hammerschläge verursacht werden können.
• Die EP 0 675 363 A2 will dies neben der Versteifung auch durch zusätzliche Verklebung des Sensors mit einem speziellen, elastischen Klebstoff und in einem von einem Abstandshalter definierten Abstand von der aus dem Leadframe ausgeformten Rückenplatte (Sp. 8, Z. 40-54) umgehen. Ergänzend wird das Auffüllen des Raumes um den Sensor mit einem elastischen Medium betrachtet, um den Sensor gegen äußere Einflüsse, wie Temperatur, mechanische Verspannungen, UV-Strahlung zu schützen, wie dies auch aus der US 5,548,999 oder der EP 0 557 917 A1 zu entnehmen ist.
• Der DE 44 06 499 C2 sind Dämpfungshalter für den Sensor zu entnehmen, die den Sensor vor Zerstörungen schützen sollen.
• Die EP 0 540 071 A1 stellt eine Sensorbaugruppe vor, die wiederum laut Anmeldung so konstruiert sein soll, daß die Einflüsse von mechanischen Spannungen und Resonanzschwingungen auf den Sensor minimiert werden, insbesondere bei Fahrzeuganwendungen, unebener Straße, Fahrzeugvibrationen etc.. Es wird nur der Teil der einwirkenden Kräfte detektiert, der für die Auswertung benötigt wird (Sp. 2, Z. 7 ff.) In einem steifen Untergehäuse wird in einem vom Trägerkörper beabstandeten Boden eine Vertiefung vorgesehen, in welcher der Sensor in einer separat umschlossenen Einheit angeordnet ist. Die Steifigkeit ist so gewählt, daß Vibrationen von 3 kHz und mehr keine Störungen mehr verursachen (Sp. 5, Z. 1 ff.) Die Sensoreinheit ist von der Leiterplatte mit der Auswerteschaltung getrennt und nur durch Bonddrähte elektrisch verbunden, so daß Vibrationen nicht übertragen werden. (Sp. 6, Z. 40 ff.) Die Sensoreinheit ist in einem definierten Abstand (Abstandshalter 36) am Boden der Vertiefung des Gehäuseunterteils mit einem Klebstoff (primerless silicone adhesive material) befestigt (Sp. 5, Z. 37 ff.) Der Gehäuseinnenraum um die Sensoreinheit herum wird weitestgehend von einem Gel ausgefüllt (Sp. 7, Z. 30-50).
• Die US 5,548,999 wie auch die DE 42 42 789 C2 bewirken eine Dämpfung der Schwingungen des durch Beschleunigungskräfte auslenkbaren Teils durch eine federnde Lagerung.
• Da die Auslösung der Sicherheitseinrichtungen zeitlich gesehen sehr früh in einem Unfallverlauf erfolgen muß, setzt dies eine entsprechend niedrige Auslöseschwelle voraus, wodurch sich jedoch die Gefahr von Fehlauslösungen aufgrund von Störbeschleunigungskräften weiter erhöht.
• Eine Nachbearbeitung des gewonnenen Sensorsignals durch analoge oder digitale Filterung, wie beispielsweise schon der DE 26 55 604 zu entnehmen, führt ebenfalls nur begrenzt zum Erfolg.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bisherigen Gehäuse für elektrischen Baugruppen für einen Beschleunigungssensor weiter zu verbessern, so dass die Weiterleitung der Nutzfrequenzanteile an die Beschleunigungssensoren ermöglicht, die Weiterleitung der Störfrequenzanteile jedoch gedämpft wird.
• Während bisher zusätzliche Konstruktionsmittel im Gehäuseaußen- bzw. Innenbereich zur Erzielung der Dämpfungswirkung vorgesehen wurden, soll nunmehr alternativ oder ergänzend dazu das Gehäuse selbst als frequenzselektives Konstruktionsmittel eingesetzt werden und so durch die gezielte konstruktive Ausgestaltung des Gehäuses die Ankopplung optimiert werden, so dass Beschleunigungen über einen festgelegten Temperaturbereich hinweg innerhalb eines auslöserelevanten Nutzfrequenzbereichs hinweg möglichst ungefiltert übertragen, Störfrequenzanteile außerhalb dieses Frequenzbereichs hingegen gedämpft werden.
• Insbesondere wird ein Kunststoffgehäuse vorgeschlagen, bei dem zwischen den Montageflächen zur Befestigung des Gehäuses am Trägerkörper und Arretierungspunkten für die elektrische Baugruppe im Gehäuseinneren ein Dämpfungselement aus einem zweiten, von einem ersten Kunststoff des sonstigen Gehäuses abweichenden Kunststoffmaterial eingefügt, insbesondere durch Zwei-Komponenten- Spritzguß eingebracht ist.
• Unter Ausnutzung der variabel im Kunststoff einstellbaren Materialeigenschaften, insbesondere der Elastizität sowie der Dämpfung durch innere Reibung im Kunststoff läßt sich eine Frequenzcharakteristik des Gehäuses erreichen. Durch den Querschnitt des Gehäusesmaterials sowie des Dämpfungselements, insbesondere aber auch durch die Ausbildung von Hohlräumen im Dämpfungselement kann dabei die Frequenzcharakteristik weiter variiert und somit optimiert werden.
• Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert werden. Kurze Beschreibung der Figuren
• Fig. 1 Detailansicht eines Dämpfungselements im Gehäuse
• Fig. 2 Schnitt durch eine Montagefläche eines Gehäuses mit Dämpfungselement
• Fig. 3 weitere Schnittdarstellung mit einem Dämpfungselement mit beidseitig senkrecht ausgeformten Hohlräumen
• Fig. 4 Detailansicht mit einer Verjüngung des Gehäuses und Einfügung des Dämpfungselements im Bereich der Verjüngung
• Fig. 5 zusätzliches weiteres Dämpfungselement im Bereich des aus dem Gehäuse ausgeformten Arretierungspunkts
• Die Fig. 1 zeigt eine Detailansicht eines Dämpfungselements 2 in einem Gehäuse, insbesondere einem Kunststoffgehäuse 1.
• Das Dämpfungselement 2 besteht aus einem zweiten, von einem ersten Kunststoff des sonstigen Gehäuses 1 abweichenden Kunststoffmaterial, insbesondere aus einer elastomeren Materialmischung, beispielsweise SEB 5, dessen elastomere Phasen, bspw.
• auf Ethylenbutylen basierend, als weiche Komponente in thermoplastische Kunststoffe eingebunden sind und eine Shore-Härte von ca. 65 bis 95 Shore A gewählt wird.
• Die Wahl eines geeigneten Kunststoffmaterials des Dämpfungselements 2 wird entsprechend der gewünschten Dämpfungscharakteristik des Dämpfungselements 2 vorgegeben, wobei dies bei Kunststoffmaterialien aufgrund ihrer hohen Variabilität einen besonders großen Einstellbereich ermöglicht. Durch Beigaben von Füllstoffen, beispielsweise kleinen Kugeln höherer Steifigkeit können die Dämpfungseigenschaften des Dämpfungselements 2 zusätzlich beeinflußt werden. Die Dämpfungswirkung erfolgt dabei vor allem durch innere Reibung. Das Kunststoffmaterial des sonstigen Gehäuses 1 besteht beispielsweise aus thermoplastischem Zwei-Komponenten(2K-)- Spritzgußmaterial, bspw. PBT GF 30, einem Polybuylenterephtalat mit Glasfaserverstärkung.
• Die Dämpfungselemente 2 werden im Gehäuse 1 im Pfad vom Trägerkörper zur Baugruppe 3 mit dem einen bzw. mehreren Beschleunigungssensoren angeordnet. Das Gehäuse 1 weist dabei Montageflächen 11 zur Befestigung am Trägerkörper sowie im Gehäuseinneren Arretierungspunkte 4 (vgl. Fig. 5) für die elektrische Baugruppe 3 mit dem Beschleunigungssensor auf. Im Gehäuse 1 im Bereich zwischen den Montageflächen 11 und den Auflagepunkten 4 ist dabei jeweils ein Dämpfungselement 2 eingefügt.
• Das Gehäuse 1 wird beispielsweise durch eine nicht gezeigte Schraube mit der Montagefläche 11 am Trägerkörper, bspw. einem Karosserierahmen eines Kraftfahrzeugs befestigt, wobei die Montagefläche 11 in diesem Beispiel eine Metalleinlage 15 zur Versteifung des Montagebereichs aufweist.
• Die Position, Ausrichtung und Breite 26 des Dämpfungselements 2 im Gehäuse 1 wird dabei in jedem Anwendungsfall zuvor durch Schwingungsanalyse bestimmt und nachfolgend entsprechend genau vorgegeben. So kann insbesondere auch durch die Ausrichtung des Dämpfungselements 2 eine große Wirkung erzielt werden, sofern die Ausbreitungsrichtung von Stör- und Nutzsignalanteilen unterschiedlich ist.
• Das Dämpfungselement 2 verfügt zusätzlich über innere Hohlräume 21, durch deren Dimensionierung besonders genau das Schwingungsverhalten einstellbar wird. So sind insbesondere Hohlräume 21 in Form von senkrechten Schlitzen oder in Form von Kreuzen vorgesehen, die entweder sich über die gesamte Höhe 27 (vgl. Fig. 2) des Querschnitts erstrecken oder aber durch Stege 23 unterbrochen sind, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Tiefe 28a/28b der Schlitze bestimmt dabei ebenfalls die Dämpfungscharakteristik. Auch bei den Hohlräumen 21 ist die Ausrichtung insbesondere der schlitzförmigen Hohlräume entscheidend, wenn die Ausbreitungsrichtung von Stör- und Nutzsignalanteilen unterschiedlich ist. Dabei weisen die Dämpfungselemente 2 mit schlitzförmigen Hohlräumen 21 eine deutlich stärkere Dämpfung für Schwingungen mit einer Ausbreitungsrichtung parallel zu den Schlitzen als zu senkrecht auftreffenden Schwingungen auf.
• Fig. 1 zeigt zusätzlich noch im Detail die mechanische Befestigung des Dämpfungselements 2, welches im Gehäuse 1 durch im Berührungsbereich ausgebildete Verzahnungselemente 12 und 22 verankert ist.
• Das Dämpfungselement 2 in den Fig. 2 und 3 erstreckt sich über den gesamten Querschnitt des Gehäuses 1 im Bereich zwischen Montageflächen 11 und den Arretierungspunkten 4.
• Alternativ zeigen die Fig. 4 und 5 Dämpfungselemente 2, die in Verjüngungen des Gehäuses 1 angeordnet sind, wobei der verbliebene Teil 13 des Kunststoffgehäuses sowohl ein Befestigungs- als auch eine Schutzfunktion ausüben kann. Der Querschnitt des Gehäuses wird dann durch das Dämpfungselement 2 aufgefüllt, wobei auch bei dieser Ausgestaltung im Dämpfungselement durchgängige oder durch Streben 23 unterbrochene Hohlräume 21 möglich sind.
• Fig. 5 zeigt ein zusätzliches weiteres Dämpfungselement 25 im Bereich des aus dem Gehäuse ausgeformten Arretierungspunkts 4.
• Die Dämpfungscharakteristik aller Dämpfungselemente 2 wie auch 25 ist dabei einstellbar durch Veränderung des Kunststoffmaterials des Dämpfungselements, die Breite 26 und den Querschnitt 27 des Dämpfungselements, den Querschnitt eines verbleibenden Gehäuseteils 13 in einer Verjüngung sowie die Größe der Hohlräume 21, insbesondere deren Breite und Tiefe 28 sowie die Stärke der Streben 23, 24 zwischen diesen Hohlräumen 21.
• Über die Dämpfungscharakteristik der aller Dämpfungselemente 2 wird das Schwingungsübertragungsverhalten des Gehäuses so optimiert, dass Beschleunigungen über einen festgelegten Temperaturbereich hinweg innerhalb eines auslöserelevanten Nutzfrequenzbereichs hinweg möglichst ungefiltert übertragen, Störfrequenzanteile außerhalb dieses Frequenzbereichs hingegen gedämpft werden.
• Zusätzlich können im Gehäuse 1 Versteifungsrippen oder vergleichbare Konstruktionsmittel eingesetzt und auch in diesem Dämpfungselemente 2 angeordnet werden.
• Die Dämpfungselemente 2 werden dabei vorzugsweise durch Zwei-Komponenten- Spritzgußverfahren bei der Herstellung des Gehäuses 1 unmittelbar mit eingefügt.
• Ergänzend wie auch alternativ kann das Gehäuse durch zusätzliches Verkleben damit er Baugruppe 3 im Arretierungspunkt 3 oder am Gehäuse 1, bspw. einem Gehäusedeckel oder Boden, insbesondere mit speziellem dämpfenden Klebstoff verbunden werden.

Claims (10)

1. Gehäuse (1) für eine elektrische Baugruppe (3) mit einem Beschleunigungssensor, wobei

a) die Baugruppe (3) in einem Trägerkörper, insbesondere einem Kraftfahrzeug, angeordnet ist

b) der Beschleunigungssensor auf den Trägerkörper einwirkende Kräfte mißt,

c) die Kräfte für eine spätere Auswertung wichtige Nutzfrequenzanteile als auch für eine spätere Auswertung störende Störfrequenzanteile aufweisen,

d) Konstruktionsmittel vorgesehen sind, die frequenzselektiv die Weiterleitung der Nutzfrequenzanteile an die Beschleunigungssensoren ermöglichen, die Weiterleitung der Störfrequenzanteile jedoch dämpfen,
dadurch gekennzeichnet, daß

e) die Konstruktionsmittel (2) im Material des Gehäuses (1) selbst angeordnet sind.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, wobei erste Konstruktionsmittel (1) vorgegeben sind, die eine erste Dämpfung und eine erste Federsteifigkeit aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein zweites Konstruktionsmittel (2) eingefügt ist, welche(s) so gewählt ist/(sind), daß die resultierende Dämpfung und Federsteifigkeit der Gesamtanordnung die Weiterleitung der Nutzfrequenzanteile an die Beschleunigungssensoren ermöglichen, die der Störfrequenzanteile jedoch dämpfen.

3. Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine Tiefpassdämpfungscharakteristik mit einer Grenzfrequenz im Bereich der Nutzfrequenzanteile aufweisen.

4. Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

a) dass das Gehäuse (1) ein Kunststoffgehäuse ist, welches Montageflächen (11) zur Befestigung am Trägerkörper sowie im Gehäuseinneren Arretierungspunkte (4) für die elektrische Baugruppe (3) mit dem Beschleunigungssensor aufweist,

b) wobei im Gehäuse (1) im Bereich zwischen den Montageflächen (11) und den Arretierungspunkten (4) jeweils ein Dämpfungselement (2) aus einem zweiten, von einem ersten Kunststoff des sonstigen Gehäuses (1) abweichenden Kunststoffmaterial eingefügt ist.

5. Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (2) sich über den gesamten Querschnitt (27) des Gehäuses (1) im Bereich zwischen Montageflächen (11) und den Arretierungspunkten (4) erstreckt.

6. Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kunststoffmaterial des Gehäuses (1) im Bereich zwischen Montageflächen und den Arretierungspunkten eine Verjüngung (13) aufweist und im Bereich dieser Verjüngung das Dämpfungselement (2) angeordnet ist.

7. Gehäuse nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (2) über innere Hohlräume (21) verfügt.

8. Gehäuse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (21) im Dämpfungselement so ausgerichtet sind, dass das Dämpfungselement (2) für eine vorgegebene Nutzsignalausbreitungsrichtung eine niedrigere Dämpfung aufweist als für eine davon abweichende, insbesondere dazu senkrechte Störsignalausbreitungsrichtung.

9. Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (2) mit dem Gehäuse durch im Berührungsbereich ausgebildete Verzahnungselemente (12, 22) verankert ist.

10. Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungscharakteristik des Dämpfungselements einstellbar ist durch:
Veränderung des Kunststoffmaterials des Dämpfungselements (2)
durch die Breite (26) sowie den Querschnitt (27, 29) des Dämpfungselements
durch die Größe und Ausrichtung der Hohlräume (21), insbesondere deren Breite und Tiefe (28).