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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine mechatronische Baugruppe für eine Stellereinheit,
beispielsweise für
Kupplungen und/oder Getriebe eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten
Komponente, die einem Gehäuseunterteil
zugeordnet ist und zumindest ein Magnetventil umfasst, und mit einer
elektrisch mit der ersten Komponente verbundenen zweiten Komponente,
die einem Gehäuseoberteil
zugeordnet ist und zumindest eine Elektronik umfasst.
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Stellereinheiten
werden beispielsweise dazu eingesetzt, in einem Getriebe für Kraftfahrzeuge,
insbesondere für
Nutzfahrzeuge, vom Bediener eingegebene Signale wie beispielsweise
die Wähl-
und Schaltrichtung über
Stellelemente in eine Bewegung von Teilen des Getriebes umzusetzen.
Dabei werden durch die Stellereinheit gesteuerte Getriebeteile in den
Kraftfluss eingerückt
oder aus diesem ausgerückt
und dadurch die Übersetzung
des Getriebes variiert. Für
die Umsetzung und Überwachung
der Bedienerinformation sind in der oben genannten Baugruppe zumindest
ein Sensor und zumindest ein Magnetventil vorgesehen. Der oder die
Sensoren werden beispielsweise benötigt, um bestimmte Betriebsparameter
des Getriebes festzustellen. Das oder die Magnetventile werden beispielsweise
bei der Ansteuerung von pneumatischen Elementen eingesetzt, mit denen
im Getriebe vorhandene Stellelemente bewegt werden können. In
der Regel ist in einer derartigen Baugruppe auch eine Elektronik
vorgesehen, die beispielsweise zur elektrischen Ansteuerung der Magnetventile
und/oder zur Aufnahme und Weiterverarbeitung von Sensorsignalen
dient. Bei dieser mechanische und elektrische Bauteile umfassende Baugruppe
(auch Mechatronik genannt) ist es weiterhin vorgesehen, zwischen
den in einer Komponente der Baugruppe angeordneten Bauteilen Magnetventil und
Sensor und der in der zweiten Komponente angeordneten Elektronik
eine elektrische Verbindung herzustellen. Auf diese Weise können die
aus den Sensoren gewonnenen Informationen beispielsweise in der
Elektronik verarbeitet werden. Gleichzeitig kann die Elektronik
entsprechende Steuersignale beispielsweise an die Magnetventile
senden.
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Die
Herstellung der elektrischen Verbindung erfolgt üblicherweise über Verbindungskabel
mit Steckverbindungen oder Lötstellen.
Dies ermöglicht eine
Kontaktierung der ersten und der zweiten Komponente vor dem Zusammenbau
der Baugruppe und damit beispielsweise die Durchführung von
Testprozeduren an der noch teilweise zerlegten Baugruppe. Bei der
Auswahl der zu wählenden
Länge der
Verbindungskabel und der Verbindungsart muss dabei verschiedenen
Randbedingungen Rechnung getragen werden. Für den elektrisch verbundenen,
aber noch nicht vollständig
montierten Zustand der Baugruppe ist eine möglichst große Länge der Kabel wünschenswert.
Im montierten Zustand hingegen sollten die Verbindungskabel möglichst
wenig Raum beanspruchen und dabei nicht in unerwünschter Weise mit den Komponenten
der Baugruppe mechanisch oder elektrisch Wechselwirken. Insbesondere
ist dabei ein definiertes Falt- oder
Anordnungsverhalten der beiden elektrisch verbundenen Komponenten
während relativer
Bewegungen zueinander bei der Montage wünschenswert. Dies stellt bei
einer größeren Anzahl von
Verbindungskabeln ein nicht unerhebliches Problem dar.
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Die
US 2003/0037828 A1 (D1),
die
DE 197 51 095
C1 (D2), und auch die
DE 40 38 394 A1 (D3) beschreiben jeweils
eine mechatronischen Baugruppe, die Sensoren und Magnetventile sowie
eine Elektronik umfasst, wobei die Sensoren und Magnetventile mit
der Elektronik mittels einer flexiblen Leiterplatte verbunden sind.
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Gemäß der Lehre
der D1 sind optionale in einem Deckel 128 vorhandene elektronische
Bauteile vor der Endmontage der Baugruppe, das heißt vor dem
Aufsetzen des Deckels 128, nicht mit der flexiblen Schaltung
beziehungsweise Leiterplatte 120 elektrisch verbunden.
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Gemäß der Lehre
der D2 sind ein in einem Zentralbereich 10 vorgesehenes
Steuergerät
sowie Ventile und Sensoren einer gemeinsamen Grundplatte 19 zugeordnet.
Ein zugehöriger
Gehäuseaufsatz 20 trägt keine
elektronischen Komponenten.
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Gemäß der Lehre
der D3 wird eine flexible Leiterplatte 66 verwendet, um
einen Winkelsensor 37 mit einer Zwischenplatte 51 elektrisch
zu verbinden. Die elektrische Verbindung der Elektronik 46 erfolgt über Steckhülsen 68,
weshalb die Elektronik 46 erst bei der Endmontage der Vorrichtung,
das heißt
beim Aufsetzen des Gehäusedeckels 58,
durch mit den Steckhülsen 68 zusammenwirkende
Stecker elektrisch verbunden wird. Eine Anordnung der unterschiedlichen
Komponenten in einem beliebigen Winkel zueinander ist daher nur
möglich,
wenn die elektronische Verbindung getrennt wird, indem die Stecker
aus den Steckhülsen 68 gezogen
werden.
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Die
DE 197 20 106 A1 (D4)
offenbart eine Vorrichtung zur Aufnahme von elektrischen Bauteilen,
wobei es sich jedoch nicht um eine mechatronische Baugruppe mit
zumindest einem Magnetventil handelt.
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DE 10 107 711 A1 (D5)
betrifft eine elektronische Steuereinheit mit einer Verbindung zwischen zwei
Leiterplatten. Dabei handelt es sich ebenfalls nicht um eine mechatronische
Baugruppe mit zumindest einem Magnetventil.
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Sowohl
gemäß der Lehre
der D1 als auch gemäß der Lehre
der D2 ist vorgesehen, eine Elektronik (D1: 124, D2: 11)
zusammen mit einer flexiblen Leiterplatte (D1: 120, D2: 8)
auf einer ersten Komponente anzuordnen und die Elektronik (D1: 124,
D2: 11) anschließend
durch einen Deckel (D1: 128, D2: 20) abzudecken.
Sowohl gemäß der Lehre
der D1 als auch gemäß der Lehre
der D2 ist weiter vorgesehen, dass die flexible Leiterplatte (D1: 120,
D2: 12, 15, 16) auf einer Platte befestigt
wird (D1: durch Laminieren, D2: durch Verkleben). Dadurch gehen
die flexiblen Eigenschaften der jeweiligen Leiterplatte verloren. Dies
ist für
die aus der D1 und der D2 bekannten Vorrichtungen unschädlich, weil
es dabei nicht auf die Flexibilität der Leiterplatte sondern
auf die leichte Abdichtbarkeit einer derartigen auf einer Platte
befestigten dünnen,
ursprünglich
flexiblen Leiterplatte ankommt.
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Gemäß der Lehre
der D1 treten die optional im Deckel 128 vorgesehenen elektrischen
Bauteile nur bei aufgesetztem Deckel 128 in elektrischen
Kontakt mit der Leiterplatte 120. Daher ist es unmöglich, die
Funktionstüchtigkeit
der Baugruppe bereits vor ihrer Endmontage, insbesondere vor dem
Aufsetzen des Deckels 128, zu prüfen.
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Ausgehend
von der Lehre der D1 stellt sich dem Fachmann die Aufgabe, eine
mechatronische Baugruppe anzugeben, deren Funktionstüchtigkeit bereits
vor der Endmontage geprüft
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den abhängigen
Ansprüchen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
baut auf dem gattungsgemäßen Stand
der Technik dadurch auf, dass die erste Komponente weiterhin zumindest einen
Sensor umfasst und dass der zumindest eine Sensor und das zumindest
eine Magnetventil durch eine flexible Leiterplatte derart elektrisch
mit der Elektronik verbunden sind, dass die erste Komponente und
die zweite Komponente vor einer Endmontage der mechatronischen Baugruppe
in einem beliebigen Winkel zueinander angeordnet werden können. Dies
bietet eine Reihe von Vorteilen. Über die mechanisch flexible
Leiterplatte kann die erste Komponente mit der zweiten Komponente
elektrisch verbunden werden, obwohl beide Gehäuseteile voneinander getrennt
sind. Der Zusammenbau der Gehäuseteile
kann dann nach der vollständigen
elektrischen Kontaktierung durchgeführt werden. Die flexible Leiterplatte
ermöglicht
eine ausreichende Beweglichkeit der Komponenten zueinander vor der
Montage und ein definiertes Zusammenfalten beziehungsweise Anordnen
der elektrischen Verbindung während
und nach der Montage der Baugruppe. Weiterhin kann die Kontaktierung
sowohl des Sensors/der Sensoren und/oder des Magnetventils/der Magnetventile
sowie der Elektronik jeweils in einem Fertigungsschritt durchgeführt werden.
Ein aufwändiges Herstellen
von Steck- oder Lötverbindungen
entfällt und
ermöglicht
so eine kostensparendere und effizientere Produktion. Ein weiterer
Vorteil besteht darin, dass für
die gesamte Baugruppe eine einheitliche Verdrahtungstechnologie
eingesetzt werden kann, was wiederum Kostenvorteile bietet. Darüber hinaus wird
durch den Einsatz einer flexiblen Leiterplatte sowohl für die Sensoren
als auch für
die Magnetventile innerhalb der Baugruppe die Zuverlässigkeit
der Signalwege und damit auch der gesamten Baugruppe erhöht.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass der zumindest eine Sensor und das
zumindest eine Magnetventil durch eine einzige flexible Leiterplatte
elektrisch mit der Elektronik verbunden sind. Die Integration der
elektrischen Signale von Sensorik, Elektronik und Magnetventil(en)
auf einer gemeinsamen flexiblen Leiterplatte ermöglicht eine optimierte Führung der
Signalwege auf der Leiterplatte. Dabei kann es insbesondere vorteilhaft sein,
die flexible Leiterplatte mehrlagig auszuführen, um beispielsweise eine
höhere
Signalwegdichte realisieren zu können.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ergibt sich dadurch, dass die erste Komponente und
die zweite Komponente durch eine einzige flexible Leiterplatte elektrisch
verbunden sind. Diese Lösung
stellt sicher, dass auch gegebenenfalls weitere der ersten und der
zweiten Komponente zugeordnete Bauelemente auf einfache Weise verbunden
werden können.
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Eine
ebenfalls bevorzugte Ausführungsform ergibt
sich dadurch, dass die flexible Leiterplatte zumindest einen ersten
Schenkel und einen zweiten Schenkel aufweist, wobei der erste Schenkel
zumindest mit der ersten Komponente elektrisch verbunden ist und
der zweite Schenkel zumindest mit der zweiten Komponente elektrisch
verbunden ist. Dies stellt eine räumlich besonders günstige Anordnung der
flexiblen Leiterplatte an der ersten und an der zweiten Komponente
dar. Es können
so beispielsweise der zumindest eine Sensor und das zumindest eine
Magnetventil über
den ersten Schenkel elektrisch angebunden werden, während die
Elektronik über
den zweiten Schenkel der zweiten Komponente elektrisch angebunden
ist.
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Es
ist ebenfalls vorteilhaft vorgesehen, dass sich der erste Schenkel
und der zweite Schenkel von einer gemeinsamen Basis der flexiblen
Leiterplatte aus erstrecken. Dadurch kann zum einen der erste Schenkel
gegenüber
dem zweiten Schenkel mechanisch beweglich gehalten werden. Zum anderen
können über die
gemeinsame Basis gemeinsame elektrische Signalleitungen der ersten
Komponente und der zweiten Komponente verlaufen.
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Weiterhin
kann im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen
sein, dass die flexible Leiterplatte einen dritten Schenkel aufweist,
der sich ebenfalls von der gemeinsamen Basis der flexiblen Leiterplatte
aus erstreckt. Dies stellt eine geometrisch besonders bevorzugte
Ausführungsform
der Erfindung dar. Es können
so die innerhalb der Baugruppe auf der ersten oder der zweiten Komponente
angeordneten Bauelemente räumlich
vorteilhaft elektrisch miteinander verbunden werden, da gegebenenfalls
ein Schenkel mehrere Bauelementegruppierungen anbinden kann. Gleichzeitig bleibt über die
schenkelförmige
und damit auch modulare Anordnung eine mechanische Beweglichkeit zueinander
erhalten.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Schenkel, der zweite
Schenkel, der dritte Schenkel und die gemeinsame Basis der flexiblen
Leiterplatte E-förmig
angeordnet sind. Diese Anordnung realisiert mechanisch leicht gegeneinander
bewegliche Schenkel und eine zur gemeinsamen elektrischen Verbindung
geeignete gemeinsame Basis auf einfache Weise.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht dabei vor, dass die
erste Komponente eine Mehrzahl von Magnetventilen und eine Mehrzahl
von Sensoren aufweist, wobei zumindest die Mehrzahl von Magnetventilen
in zumindest einer ersten Reihe und in einer zweiten Reihe angeordnet
sind, und dass der erste Schenkel der ersten Reihe und der dritte
Schenkel der zweiten Reihe zugeordnet ist. Die reihenförmige Anordnung
der Magnetventile und gegebenenfalls der Sensoren entspricht der
Aufteilung der flexiblen Leiterplatte in Schenkel. Insbesondere bei
einer E-förmigen
Anordnung der flexiblen Leiterplatte werden beispielsweise die Magnetventile über die
beiden äußeren Schenkel
kontaktiert. Gleichzeitig kann der dritte verfügbare mittlere Schenkel die Elektronik
verbinden.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer mechatronischen
Baugruppe für
Stellereinheiten die elektrische Verbindung von Magnetventilen und
Sensoren mit einer Elektronik über
eine einzige flexible Leiterplatte hergestellt wird. Dabei sind
die Magnetventile und die Sensoren in einem Teil des Gehäuses angeordnet,
während
die Elektronik sich in einem anderen Teil des Gehäuses befindet.
Besonders bevorzugt ist dabei eine E-förmige Geometrie der flexiblen
Leiterplatte, die eine reihenweise Zuordnung der einzelnen Schenkel
zu den Bauteilen ermöglicht.
Insgesamt wird so eine kostengünstige
und zuverlässige
elektrische Ansteuerung der Magnetventile und der Sensoren ermöglicht, während gleichzeitig
eine besonders vorteilhafte mechanische Flexibilität und ein
definiertes Faltverhalten bei der Montage der Baugruppe erreicht
wird.
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Die
Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitende Bezeichnung anhand
einer bevorzugten Ausführungsform
beispielhaft erläutert.
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Dabei
zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Baugruppe.
Die erfindungsgemäße mechatronische
Baugruppe umfasst in einem Gehäuseunterteil 38 eine
erste Komponente 10 mit zwölf Magnetventilen 14.
Diese sind in vier Reihen 30, 32, 34, 36 zu
je drei Ventilen 14 angeordnet. Des Weiteren umfasst die
erste Komponente 16 Sensoren 12. In der dargestellten
Ausführungsform
ist lediglich ein Sensor 12 zu sehen. Weitere sind durch
einen äußeren Schenkel 22 der
flexiblen Leiterplatte 20 verdeckt. Ein Gehäuseoberteil 40 umfasst
eine zweite Komponente 16 mit einer Elektronik 18.
Die erfindungsgemäße Baugruppe
weist außerdem
neben der ersten Komponente 10 und der zweiten Komponente 16 eine
flexible Leiterplatte 20 auf. Diese gliedert sich in drei
Schenkel 22, 24, 28 sowie eine Basis 26.
Insgesamt ergibt sich dadurch im Wesentlichen eine E-förmige Gestaltung
der flexiblen Leiterplatte 20. Die beiden äußeren Schenkel 22, 28 kontaktieren jeweils
zwei Reihen 30, 34 und 32, 36 zu
je drei Magnetventilen 14 der ersten Komponente 10.
Der mittlere Schenkel 24 der flexiblen Leiterplatte 20 ist
mit seinem basisfernen Ende an der Elektronik 18 befestigt
und kontaktiert diese elektrisch. Die beiden äußeren Schenkel 22, 28 der
flexiblen Leiterplatte 20 sind mit Magnetventilkontaktstellen 42 und
Sensorkontaktstellen 44 versehen, über die ein elektrischer Kontakt
mit den Magnetventilen 14 und den Sensoren 12 hergestellt
wird. Im Fall des nicht verdeckten Sensors 12 erstreckt
sich die flexible Leiterplatte 20 direkt bis zu dem Sensor 12,
eine Sensorkontaktstelle entfällt
hier.
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Der
Zusammenbau der mechatronischen Baugruppe gestaltet sich wie folgt:
Im Gehäuseunterteil 38 beziehungsweise
der ersten Komponente 10 werden die Magnetventile 14 und
die Sensoren 12 angeordnet und befestigt. Weiterhin wird
im Gehäuseoberteil 40 beziehungsweise
der zweiten Komponente 16 die dafür vorgesehene Elektronik 18 befestigt.
Die E-förmige
flexible Leiterplatte 20 wird mit ihren beiden äußeren Schenkeln 22, 28 an
den Magnetventilen 14 und an den Sensoren 12 befestigt
und elektrisch kontaktiert. Dabei kontaktieren die Magnetventilkontaktstellen 42 die Magnetventile 14 und
die Sensorkontaktstellen 44 die Sensoren 12. Das
basisferne Ende des mittleren Schenkels 24 wird mit der Elektronik 18 im
Gehäuseoberteil 40 kontaktiert
und verbunden. Aufgrund der hohen mechanischen Flexibilität der elektrischen
Leiterplatte 20 kann das Gehäuseoberteil 40 in
einem beliebigen Winkel zum Gehäuseunterteil 38 und
in einiger Entfernung von diesem zur Montage gehaltert beziehungsweise
angeordnet werden. Bei der darauffolgenden Endmontage wird das Gehäuseoberteil 40,
wie in 1 abgebildet, im Wesentlichen um 90 Grad geklappt
und mit dem Gehäuseunterteil 38 verbunden.
Dabei kann sich der mittlere Schenkel 24 wiederum aufgrund
seiner hohen mechanischen Flexibilität in dem zwischen Gehäuseunterteil 38 und
Gehäuseoberteil 40 befindlichen
Zwischenraum oberhalb der Magnetventile 14 definiert anordnen.
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Ein
wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Baugruppe besteht darin,
jeweils zwei Reihen 30, 34, 32, 36 der
zeilenförmig
angeordneten Magnetventile 14 mit einem Schenkel 22, 28 der
flexiblen Leiterplatte 20 abzudecken. Auf diese Weise kann der
zwischen jeweils zwei Reihenpaaren liegende Zwischenraum für den dritten
Schenkel 24, der die in einem Gehäuseoberteil 40 angeordnete
Elektronik 18 kontaktiert, genützt werden. Die gemeinsame
Basis 26 der flexiblen Leiterplatte 20 ermöglicht eine einfache
gemeinsame elektrische Kontaktierung zwischen Magnetventilen 14,
Sensoren 12 und Elektronik 18. Es ist außerdem ebenfalls
vorgesehen, dass die E-fömige
Anordnung der Schenkel 22, 24, 28 auch
kammartig erweiterbar ist, das heißt, es können auch mehr als zwei für die Magnetventile 14 vorgesehene
Schenkel 22, 28 sowie mehr als ein die Elektronik 18 kontaktierender
Schenkel 24 vorgesehen sein.
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- 10
- erste
Komponente
- 12
- Sensor
- 14
- Magnetventil
- 16
- zweite
Komponente
- 18
- Elektronik
- 20
- flexible
Leiterplatte
- 22
- äußerer Schenkel
- 24
- mittlerer
Schenkel
- 26
- Basis
- 28
- äußerer Schenkel
- 30
- erste
Reihe
- 32
- zweite
Reihe
- 34
- dritte
Reihe
- 36
- vierte
Reihe
- 38
- Gehäuseunterteil
- 40
- Gehäuseoberteil
- 42
- Magnetventilkontaktierung
- 44
- Sensorkontaktierung