DE10145679A1 - Elektronische Baugruppe - Google Patents

Abstract

Für elektronische Baugruppen mit einer in einem Innengehäuse eingebrachten, Sensoren mit richtungsabhängiger Empfindlichkeit aufweisenden Sensoreinheit soll eine einfache und kostengünstige Fertigung bei wahlfreier Orientierung der Sensoreinheit ermöglicht werden. DOLLAR A Hierzu wird ein aus Kunststoff bestehendes Außengehäuse vorgesehen, das zumindest einen Teilbereich des Innengehäuses direkt umschließt. DOLLAR A Elektronische Baugruppe als Steuergerät eines Kraftfahrzeugs.

Description

• Insbesondere im Kfz-Bereich werden elektronische Baugruppen eingesetzt, die eine Sensoreinheit mit mindestens einem Sensor zur Erfassung von Meßwerten bestimmter physikalischer Meßgrößen sowie eine Auswerteeinheit zur Auswertung der Meßsignale der Sensoren (der Sensorsignale) aufweisen; als Beispiel hierzu seien elektronische Baugruppen zur Steuerung der Fahrwerkseigenschaften und der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs genannt, die in der Regel mindestens einen Drehratensensor und zwei Beschleunigungssensoren aufweisen. Die Sensoren der Sensoreinheit der elektronischen Baugruppe und die Bauteile der Auswerteeinheit werden jeweils auf mindestens einen Trägerkörper aufgebracht, bsp. auf eine Leiterplatte, und auf geeignete Weise miteinander elektrisch leitend verbunden.
• Insbesondere bei Sensoren mit richtungsabhängiger Empfindlichkeit (d. h. bei bestimmte ausgezeichnete Vorzugsrichtungen der Empfindlichkeit aufweisenden Sensoren), muß die Sensoreinheit eine definierte und genaue Position bezüglich bestimmter Raumachsen, insbesondere bezüglich der Vorzugsrichtungen aufweisen (bsp. bezüglich bestimmter Achsen eines Kraftfahrzeugs). Weiterhin besteht oftmals der Wunsch, die gleiche Sensoreinheit für verschiedene Anwendungen (Applikationen) einzusetzen, bsp. in verschiedenen Kraftfahrzeugtypen an unterschiedlichen Teilen und/oder in verschiedenen Positionen zu montieren. Demzufolge ist ein großer Freiheitsgrad hinsichtlich der räumlichen Orientierung (Ausrichtung) eines die Sensoreinheit umschließenden Gehäuses von Interesse.
• Hierzu ist es aus der nicht vorveröffentlichten DE 101 07 550 bekannt, die Sensoreinheit einer elektronische Baugruppe als mehrere Sensoren aufweisendes Sensorcluster in einem Innengehäuse als erstem Gehäuse zu integrieren und dieses Innengehäuse in einer vorzugebenden Orientierung in einem Außengehäuse als weiterem Gehäuse zu positionieren und durch Kleben oder Vergießen zu fixieren.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache elektronische Baugruppe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mit vorteilhaften Eigenschaften bezüglich der Kosten und des Herstellungsprozesses anzugeben.
• Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das Merkmal im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Bestandteil der weiteren Patentansprüche.
• Bei der vorgestellten elektronischen Baugruppe wird zur positionsgenauen Fixierung der mindestens einen Sensor mit richtungsabhängiger Empfindlichkeit (d. h. mindestens einen Sensor mit Vorzugsrichtung für die Meßachse) aufweisenden Sensoreinheit, insbesondere zur positionsgenauen Fixierung einer mehrere Sensoren mit richtungsabhängiger Empfindlichkeit aufweisenden Sensoreinheit, das die Sensoreinheit zumindest teilweise umschließende Innengehäuse zumindest in einem Teilbereich unmittelbar mit dem aus Kunststoff gebildeten Außengehäuse ohne Verwendung einer Vergußmasse oder eines Klebers umschlossen. Zur Verbindung des Innengehäuses und des Außengehäuses ist hierbei entweder eine Stufenrasterung vorgesehen, d. h. die Fixierung des Innengehäuses im Außengehäuse wird konstruktiv ausgeführt, indem eines der beiden Gehäuse (das Innengehäuse oder das Außengehäuse) zumindest in einem Teilbereich Ausformungen zum Eingreifen in das andere der beiden Gehäuse (das Außengehäuse oder das Innengehäuse) aufweist (insbesondere zum Eingreifen in zu den Ausformungen korrespondierende Aussparungen) oder aber ein (Kunststoff-) Spritzvorgang, d. h. das Innengehäuse wird mit dem für das Außengehäuse vorgesehenen Kunststoffmaterial umspritzt; indem das Innengehäuse zumindest in einem Teilbereich in eine Spritzform bzw. in ein Spritzgußwerkzeug positionsgenau eingelegt wird und die erstarrende Schmelze des (vorzugsweise thermoplastischen) Kunststoffs nach dem zumindest teilweise Umspritzen des Innengehäuses gleichmäßig auf das Innengehäuse aufschrumpft.
• Im Falle der Rasterverbindung greift das vorzugsweise mehrere übereinander liegende (in verschiedenen Höhenpositionen angeordnete) und mehrere nebeneinander liegende (in verschiedenen Winkelpositionen bzw. Breitenpositionen angeordnete) Ausformungen auf der Mantelfläche (Außenfläche oder Innenfläche) aufweisende Gehäuse (das Innengehäuse oder das Außengehäuse) in das eine spezielle Oberflächengestaltung, insbesondere mehrere übereinander liegende (in verschiedenen Höhenpositionen angeordnete) und mehrere nebeneinander liegende (in verschiedenen Winkelpositionen bzw. Breitenpositionen angeordnete) korrespondierende Aussparungen auf der Mantelfläche (Innenfläche oder Außenfläche) aufweisende Gehäuse (das Außengehäuse oder das Innengehäuse) ein, wodurch das Innengehäuse im Außengehäuse fixiert wird; vorzugsweise wird das Ausformungen auf der Außenseite der Mantelfläche aufweisende Innengehäuse mit dem Aussparungen auf der Innenseite der Mantelfläche aufweisenden Außengehäuse durch Einrasten der Ausformungen (diese sind bsp. als Rasthaken ausgebildet) in den Aussparungen (diese sind bsp. als Rastlöcher ausgebildet) in der gewünschten Höhe und Orientierung fixiert. Die Ausformungen und ggf. die Aussparungen können hierbei auf der gesamten Mantelfläche (Außenfläche oder Innenfläche) von Innengehäuse und/oder Außengehäuse vorgesehen werden, so daß die Gehäuse für eine beliebige Anwendung oder eine Vielzahl von Anwendungen variabel eingesetzt werden können oder nur in einem an den jeweiligen Anwendungsfall angepaßten Teilbereich auf der Mantelfläche (Außenfläche oder Innenfläche) von Innengehäuse und/oder Außengehäuse, so daß diese Gehäuse für eine spezielle Anwendung bedarfsgerecht eingesetzt werden können. Im Falle der Spritzgußverbindung wird das in der Spritzform fixierte Innengehäuse (eine Lagefixierung und damit eine Verdrehsicherung des Innengehäuses bezüglich der Spritzform bzw. dem Spritzgußwerkzeug wird bsp. durch einen Dorn realisiert) bis zur gewünschten Höhe und im gewünschten Umfangsbereich mit dem Kunststoff umspritzt; hierbei kann eine sehr hohe Positionsgenauigkeit eingehalten werden (Toleranz bei der Orientierung des Innengehäuses bsp. 0.5°) und eine gleichmäßige Vorspannung des aufgespritzten Kunststoffs über die gesamte umspritzte Oberfläche des Innengehäuses erreicht werden.
• Das Innengehäuse weist vorzugsweise eine metallische Oberfläche auf (bsp. ist das gesamte Innengehäuse metallisch, bsp. besteht es aus Aluminium oder Weißblech) und ist vorzugsweise als zumindest die Sensoreinheit einschließende Kugel (d. h. mit kugelförmiger Gestalt) oder als zumindest die Sensoreinheit einschließender Würfel (d. h. mit würfelförmiger Gestalt) oder als zumindest die Sensoreinheit einschließendes Polyeder (d. h. mit polyederförmiger Gestalt) ausgebildet. Das Außengehäuse besteht vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, bsp. aus Polybutylenterephthalat (PBT). Die Auswerteeinheit zur Auswertung der Meßsignale der Sensoren der Sensoreinheit wird vorzugsweise zusammen mit der Sensoreinheit im Innengehäuse integriert und auf geeignete Weise mit dieser verbunden, bsp. durch Steckkontakte. Die im Innengehäuse integrierte Sensoreinheit und ggf. die Auswerteeinheit ist zur Weiterleitung von Steuersignalen und/oder von (ggf. ausgewerteten) Meßsignalen mit der Steuereinheit sowie zur Spannungsversorgung mit einer Spannungsquelle verbunden; hierzu können bsp. in einem Flachbandkabel zusammengefaßte Verbindungsleitungen vorgesehen werden, wobei das Flachbandkabel auf geeignete Weise (insbesondere mittels Durchführungen im Gehäuse) aus dem Innengehäuse und/oder dem Außengehäuse herausgeführt wird. Insbesondere falls das Außengehäuse das Innengehäuse nicht vollständig umschließt, kann zum Schutz der Sensoreinheit (insbesondere zum Schutz der aus dem Innengehäuse herausgeführten Verbindungsleitungen) auf dem Innengehäuse und/oder dem Außengehäuse eine Abdeckung (als Deckel) vorgesehen werden, die bsp. mindestens einen Durchbruch zur Durchführung der aus dem Innengehäuse herausgeführten Verbindungsleitungen aufweist; die Abdeckung kann hierbei aus dem gleichen Kunststoff wie das Außengehäuse gebildet werden. Die Befestigung der Abdeckung auf dem Außengehäuse kann bsp. durch eine Schnappverbindung realisiert werden (diese Schnappverbindung wird so ausgelegt, daß bei dem im Einsatz der elektronischen Baugruppe zu erwartenden Temperaturbereich eine dauerhafte mechanische Vorspannung vorhanden ist) oder durch ein geeignetes Kunststoffschweißverfahren (bsp. durch Laserschweißen, insbesondere Spiegelschweißen oder durch Reibschweißen, insbe' sondere Vibrationsschweißen) oder durch ein Ultraschallverfahren; insbesondere beim Laserschweißen können bei Verwendung von unterschiedlichen Additiven für den Kunststoff des Außengehäuses und der Abdeckung die Absorptionseigenschaften für den Laserstrahl beeinflußt werden, so daß nur das Material an der Grenzschicht von Außengehäuse und Abdeckung aufschmilzt, wodurch nach dem Wiedererstarren des aufgeschmolzenen Materials eine dauerhafte Verbindung gewährleistet wird. Das Außengehäuse kann in Abhängigkeit der vorgesehenen Anwendung (Applikation) auf geeignete Weise am gewünschten Montageort befestigt werden, bsp. im oder am Kraftfahrzeug, bsp. durch Befestigungsschrauben.
• Bei der vorgestellten einfachen elektronischen Baugruppe kann vorteilhafterweise mit geringen Kosten eine hohe Positionsgenauigkeit des zur Aufnahme der Sensoreinheit vorgesehenen Innengehäuses und damit auch eine hohe Genauigkeit für die Lage und Orientierung der im Innengehäuse integrierten Sensoren mit richtungsabhängiger Empfindlichkeit ohne Einsatz von Fixierklebstoffen und Vergußmassen und unter Einsparung der entsprechenden für das Kleben und Vergießen erforderlichen Verarbeitungsprozesse realisiert werden. Im Falle der Spritzgußverbindung ist zudem eine wirtschaftliche Fertigung durch ein Mehrfachwerkzeug als Spritzgußform möglich.
• Die elektronische Baugruppe soll im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels, der Rastverbindung zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse, im Zusammenhang mit der Zeichnung beschrieben werden.
• Hierbei zeigt die Fig. 1 die Schnittdarstellung eines Teilbereichs der elektronischen Baugruppe eines Kraftfahrzeugs mit den zusammengesetzten Einzelkomponenten und die Fig. 2 die Einzelkomponenten vor dem Zusammensetzen.
• Als elektronische Baugruppe ist bsp. das Steuergerät eines Kraftfahrzeugs zur Steuerung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs vorgesehen, das bsp. für verschiedene Kraftfahrzeugtypen an unterschiedlichen Einbauorten angebracht werden soll. Auf einem bsp. als Leiterplatte ausgebildeten Trägerkörper 6 der Sensoreinheit 4 sind mehrere Sensoren 5 mit richtungsabhängiger Empfindlichkeit angeordnet, d. h. mit Sensoren 5, deren Meßachse jeweils eine Vorzugsrichtung aufweist; bsp. sind in der Sensoreinheit 4 bis zu drei (bsp. zwei) Beschleunigungssensoren zur Erfassung der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs und bis zu drei (bsp. zwei) Drehratensensoren zur Erfassung der Rotation (Drehrate) des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Weiterhin ist ein bsp. als Leiterplatte ausgebildeter Trägerkörper 22 zur Aufnahme von Bauteilen 23 der Auswerteeinheit 21 vorgesehen, durch die die Meßwerte der Sensoren 5 der Sensoreinheit 4 (die Sensorsignale) ausgewertet werden. Die Leiterplatte 6 mit den Sensoren 5 mit richtungsabhängiger Empfindlichkeit und die Leiterplatte 22 mit den Bauteilen 23 der Auswerteeinheit 21 wird in ein kugelförmiges Innengehäuse 1 eingebracht und dort bsp. durch Federklemmen fixiert; das bsp. aus Weißblech bestehende Innengehäuse 1 besitzt bsp. einen Durchmesser von 30 mm. In einem Teilbereich der Mantelfläche 8 des Innengehäuses 1 sind auf deren Außenseite 24 bsp. als Rasthaken ausgebildete Ausformungen 7 beabstandet zueinander vorgesehen, bsp. mit den Abmessungen von 1 mm × 3 mm; bsp. sind 5 Ausformungen 7 übereinander in verschiedenen Höhenpositionen angeordnet und 10 Ausformungen nebeneinander in verschiedenen Winkelpositionen bezüglich der Drehachse des kugelförmigen Innengehäuses 1 vorgesehen. Auf einer Polfläche 9 des kugelförmigen Innengehäuses 1 ist eine Durchführung 10 für ein Verbindungsleitungen 12 zusammenfassendes Flachbandkabel 11 zur Verbindung (der Sensoren 5) der Sensoreinheit 4 und (der Bauteile 23) der Auswerteeinheit 21 mit einer in der Figur nicht dargestellten Steuereinheit der elektronischen Baugruppe sowie zur Spannungsversorgung der Sensoreinheit 4 und der Auswerteeinheit 21 vorgesehen.
• Das bsp. aus Polybutylenterephthalat PBT bestehende Außengehäuse 2 weist eine Halterung 13 und eine Aufnahme 14 für das Innengehäuse 1 auf; die an die Form des Innengehäuses 1 angepaßte kugelförmige Aufnahme 14 ist geringfügig größer als der Durchmesser des Innengehäuses 1 von bsp. 30 mm, die Höhe der Aufnahme 14 beträgt bsp. ca. 20 mm. In einem Teilbereich der Innenseite 16 der Aufnahme 14 des Außengehäuses 2 sind auf deren Mantelfläche 15 zu den Ausformungen 7 des Innengehäuses 1 korrespondierende, bsp. als Rastlöcher ausgebildete Aussparungen 17 beabstandet zueinander vorgesehen, bsp. mit den Abmessungen von 1 mm × 3 mm; bsp. sind 5 Aussparungen 17 übereinander in verschiedenen Höhenpositionen angeordnet und 10 Aussparungen 17 nebeneinander in verschiedenen Winkelpositionen bezüglich der Drehachse der kugelförmigen Aufnahme 14 des Außengehäuses 2 vorgesehen.
• Das Innengehäuse 1 wird je nach vorgesehener Applikation und Kraftfahrzeugtyp durch entsprechende Drehung in einer bestimmten Ausrichtung (Orientierung) in das Außengehäuse 2 eingebracht und dort bis in die gewünschte Tiefe hineingedrückt; durch Einrasten der Ausformungen 7 des Innengehäuses 1 in den Aussparungen 17 des Außengehäuses 2 wird eine stabile Fixierung des Innengehäuses 1 und damit auch eine genaue Orientierung (der Sensoren 5) der Sensoreinheit 4 erreicht.
• Zum Schutz des Innengehäuses 1 vor Vibrationsbelastungen ist eine mit Durchbrüchen 18 versehene Abdeckung 3 als Deckel vorgesehen, die auf dem Außengehäuse 2 aufgebracht und mit diesem bsp. durch eine Schnappverbindung mittels in eine auf dem Außengehäuse 2 angebrachte Nut 19 eingreifende Rasthaken 20 befestigt wird. Das Außengehäuse 2 wird an einem für die jeweilige Anwendung (Applikation) geeigneten Einbauort im Kraftfahrzeug befestigt, bsp. im Motorraum des Kraftfahrzeugs. Das herausgeführte Flachbandkabel 11 mit den Verbindungsleitungen 12 wird mit der an einem für die jeweilige Anwendung (Applikation) geeigneten Einbauort im Kraftfahrzeug vorgesehenen Steuereinheit verbunden, bsp. mit der im Motorraum des Kraftfahrzeugs angebrachten Steuereinheit des Steuergeräts zur Steuerung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs.

Claims (17)

1. Elektronische Baugruppe mit einer in einem Innengehäuse (1) angeordneten, mindestens einen Sensor (5) mit richtungsabhängiger Empfindlichkeit aufweisenden Sensoreinheit (4), und mit einem Außengehäuse (2), in dem das Innengehäuse (1) in einer vorgegebenen Ausrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Kunststoff bestehende Außengehäuse (2) zumindest einen Teilbereich des Innengehäuses (1) direkt umschließt.

2. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengehäuse (1) oder das Außengehäuse (2) zumindest in einem Teilbereich mehrere Ausformungen (7) aufweist, und daß das Innengehäuse (1) in einer vorgegebenen Ausrichtung im Außengehäuse (2) eingesetzt und durch die Verbindung der Ausformungen (7) des Innengehäuses (1) oder des Außengehäuses (2) mit dem Außengehäuse (2) oder Innengehäuse (1) im Außengehäuse (2) fixiert ist.

3. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengehäuse (1) oder das Außengehäuse (2) mehrere übereinander angeordnete Ausformungen (7) aufweist, so daß das Innengehäuse (1) in verschiedenen Höhenpositionen im Außengehäuse (2) fixierbar ist.

4. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengehäuse (1) oder das Außengehäuse (2) mehrere nebeneinander angeordnete Ausformungen (7) aufweist, so daß das Innengehäuse (1) in verschiedenen Winkelorientierungen im Außengehäuse (2) fixierbar ist.

5. Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengehäuse (1) oder das Außengehäuse (2) zumindest in einem Teilbereich Ausformungen (7) und das Außengehäuse (2) oder das Innengehäuse (1) zumindest in einem Teilbereich zu den Ausformungen (7) korrespondierende Aussparungen (17) aufweist, und daß das Innengehäuse (1) in einer vorgegebenen Ausrichtung im Außengehäuse (2) eingesetzt und durch Verrasten der Ausformungen (7) in den Aussparungen (17) fixiert ist.

6. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (2) als auf dem Innengehäuse (1) aufgespritztes Kunststoffspritzteil ausgebildet ist.

7. Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Innengehäuse (1) eine Auswerteeinheit (21) zur Auswertung der Meßsignale des mindestens einen Sensors (5) der Sensoreinheit (4) angeordnet ist.

8. Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengehäuse (1) aus Metall besteht.

9. Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengehäuse (1) eine kugelförmige Gestalt aufweist.

10. Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengehäuse (1) mindestens eine Durchführung (10) für Verbindungsleitungen (12) aufweist.

11. Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (2) aus Polybutylenterephthalat besteht.

12. Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Außengehäuse (2) eine Abdeckung (3) vorgesehen ist.

13. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (3) aus dem gleichem Kunststoff wie das Außengehäuse (2) besteht.

14. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kunststoff der Abdeckung (3) und des Außengehäuses (2) unterschiedliche Additive beigemischt sind.

15. Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (3) mit dem Außengehäuse (2) durch Schweißen verbunden ist.

16. Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (3) mit dem Außengehäuse (2) durch eine Schnappverbindung mittels in eine Nut (19) am Außengehäuse (2) eingreifender Rasthaken (20) der Abdeckung (3) verbunden ist.

17. Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 16 als Steuergerät eines Kraftfahrzeugs.