Ein
Beispiel zur Illustration für
eine Steuergeräteanordnung
mit einem Anbaugerät
ist das Dokument
DE
196 29 630 A1 .
DE 34 37 666 A1 beschreibt
ein elektronisches Steuergerät,
insbesondere für
Kraftfahrzeuge, welches mit einem auswechselbaren Datenmodul ausgerüstet ist,
welches auf einem Träger
aus isolierendem Kunststoff angeordnet ist. Der Wechsel dieses Datenmoduls
kann ohne Öffnen
des Grundgehäuses
des Gerätes
erfolgen, wodurch das Gerät
an unterschiedliche Programme und Programmabläufe der Steuerung angepasst werden
kann. Das Datenmodul, welches diese Programme enthält, ist
mit einem Griff versehen, der über
das Steuergerätegehäuse durch
eine Öffnung
hinausragt, wobei ein zusätzlicher
Deckel die Offnung verschließt und
den Griff umgibt. Ein reparaturbedingter Austausch von Bauelementen
wird nicht beschrieben.
Die
erfindungsgemäße Anordnung
einer Steuereinrichtung für
die Ansteuerung einer mechanischen und/oder elektrischen Vorrichtung,
insbesondere für
ein Kraftfahrzeug, macht es demgegenüber möglich, dass ein Schaltungsträger in einfacher
Weise austauschbar ist, ohne die Steuereinrichtung zu demontieren,
wobei es besonders von Vorteil ist, dass dieser Schaltungsträger mit
solchen Bauteilen versehen ist, die eine hohe Ausfallwahrscheinlichkeit
aufweisen.
Gemäß der Erfindung
vereinfacht sich der Aufbau der Steuereinrichtung erheblich, insbesondere
dadurch, dass die so genannte Trennebene für die Servicefähigkeit
in einen austauschbaren Schaltungsträger verlegt ist. Dadurch ergibt
sich der Vorteil, dass die übrige
Aufbau- und Verbindungstechnik der Steuereinrichtung in zeitsparender
Vorwärtsmontagetechnik
einfach ausgeführt
werden kann.
Eine
Anordnung einer Steuereinrichtung für die Ansteuerung einer mechanischen
und/oder elektrischen Vorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug,
weist Folgendes auf:
- – mindestens einen ersten Schaltungsträger mit
elektronischen Steuerbauteilen;
- – mindestens
einen auf dem ersten Schaltungsträger lösbar angeordneten zweiten Schaltungsträger mit weiteren
elektronischen Steuerbauteilen; und
- – mindestens
einem Gehäuse
mit Deckel zur Verpackung des ersten und zweiten Schaltungsträgers,
wobei
der Deckel eine Zugriffsöffnung
zum Zugriff auf einen dem zweiten Schaltungsträger entsprechenden Teilbereich
aufweist, welche mit einer ersetzbaren Abdeckung verschlossen ist.
Somit wird vorteilhaft ein direkter Zugriff auf das auszutauschen
Teil im Fehlerfall möglich,
wobei nur wenige Handgriffe erforderlich sind und an Ort und Stelle
ausgeführt
werden können.
Eine
Sollbruchstelle als Verbindung der ersetzbaren Abdeckung mit dem
Gehäuse
für eine
Eröffnung des
Gehäuses
im Reparaturfall wird nach Austausch des zweiten Schaltungsträgers durch
eine geeignete Ersatzabdeckung nachträglich verschlossen, wobei diese
Ersatzabdeckung zum Beispiel erst mit dem Austauschteil geliefert
wird. Außerdem
ist es vorteilhaft möglich,
dass der zweite Schaltungsträger
selbst mit einem Abschnitt die eröffnete Sollbruchstelle verschließt, bzw.
den Verschluss einer Zugriffsöffnung
bildet, was bevorzugt in Gestalt einer Verschlußklappe ermöglicht ist. In diesem Fall
muss diese Klappe nur noch eröffnet werden,
wobei zusätzliche
Verschlussteile vorteilhaft entfallen können.
Die
Herstellung einer Sollbruchstelle bzw. einer angespritzten Verschlussklappe
ist vorteilhaft, da dieses bei der Herstellung des Deckels bzw.
des Gehäuses
in einem Arbeitsgang gleichzeitig erfolgen kann, wobei zusätzliche
Teile eingespart werden können.
Eine
weitere Ausführungsform
sieht vor, dass die Zugriffsöffnung
von einem Abschnitt bzw. Teilbereich des zweiten Schaltungsträgers verschlossen
ist. Bevorzugt ist dieser Teilbereich als eine Wärmesenke ausgebildet. Dadurch
wird vorteilhaft ermöglicht,
dass zu kühlende
Bauteile des zweiten Schaltungsträgers direkt mit der Wärmesenke
verbunden sind, wobei es außerdem
vorteilhaft ist, dass der als Wärmesenke
ausgebildete Abschnitt der zweiten Schaltungsträgers zum Verschluss der Sollbruchstelle
nach deren Eröffnung
oder zum Verschluss der Zugriffsöffnung
ausgebildet ist. Somit kann in vorteilhafter Weise eine im Gehäuse vorhandene Zugriffsöffnung schon
vor einem Austausch verschlossen sein wobei ein zusätzlicher
Verschluss nicht mehr erforderlich ist.
In
einer anderen Ausführungsform
ist der zweite Schaltungsträger
auf seiner nach außen
weisenden Seite mit einem Schutzelement versehen, wodurch die Einsatzmöglichkeit
dieser Erfindung vorteilhaft erweitert wird. Es ist hierbei besonders
von Vorteil, dass das Schutzelement einen Verschluss der Zugriffsöffnung bildet.
Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Wärmesenke des zweiten Schaltungsträgers mit
einem ersten und/oder zweiten Wärmeleitungselement
mit einem Abschnitt des Gehäuses,
des Deckels, des Funktionsblocks und/oder einer anderen Wärmesenke
zur Wärmeübertragung
verbindbar ist, wodurch eine vielseitige Verwendung für unterschiedliche
Wärmeabgabe
benötigende
Bauteile auf dem zweiten Schaltungsträger möglich ist.
Hierbei
ist es besonders bevorzugt, dass das zweite Wärmeleitungselement eine Führung für den zweiten
Schaltungsträger
und/oder einen Schutz gegen Falscheinbau des zweiten Schaltungsträgers bildet. Zusätzliche
Führungs-
und Schutzelemente gegen Einbaufehler sind somit nicht erforderlich.
Eine
weitere Anordnung einer Steuereinrichtung für die Ansteuerung einer mechanischen
und/oder elektrischen Vorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug,
weist Folgendes auf:
- – mindestens einen ersten Schaltungsträger mit
elektronischen Steuerbauteilen;
- – mindestens
einen auf dem ersten Schaltungsträger lösbar angeordneten zweiten Schaltungsträger mit weiteren
elektronischen Steuerbauteilen; und
- – mindestens
einem Gehäuse
mit Deckel zur Verpackung des ersten und zweiten Schaltungsträgers,
wobei
der Deckel zum Zugriff auf einen dem zweiten Schaltungsträger entsprechenden
Teilbereich mit mindestens einer mit dem Gehäuse verbundenen Sollbruchstelle
ersetzbar ausgebildet ist. Hierbei ist zum Beispiel der Deckel mit
dem Gehäuse
ursprünglich
fest verbunden, beispielsweise durch eine Ultraschallverschweißung. Durch
eine Sollbruchstelle ist der Deckel an bestimmter Position zum Austausch
des zweiten Schaltungsträgers
einfach entfernbar und durch einen mit dem Austauschteil mitgelieferten
Deckel ersetzbar, der zum Beispiel mit beigefügter Dichtung aufgeschraubt
wird. Dieser Austausch ist ebenfalls vorteilhaft an Ort und Stelle
in einfacher Weise durchführbar.
In
einer weiteren Ausführungsform
ist vorgesehen, dass das Gehäuse
und der Deckel einstückig
ausgebildet sind. Auch hierbei ist die vorliegende Erfindung vorteilhaft
einsetzbar, da ein schneller Austausch möglich ist.
Es
ist besonders bevorzugt, dass das mindestens eine Steuerbauteil
des zweiten Schaltungsträgers Funktionselemente
mit hoher Ausfallwahrscheinlichkeit aufweist. Somit können die
auf Grund der Erfahrungswerte ermittelten Funktionselemente in das
Austauschteil integriert werden, wobei sie beim Austausch in einfacher
und schneller Weise ersetzbar sind.
Ein
Verfahren zum Austauschen eines Schaltungsträgers bei einer Anordnung einer
Steuereinrichtung für
die Ansteuerung einer mechanischen und/oder elektrischen Vorrichtung
mit einem Funktionsblock, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit:
- – mindestens
einem ersten Schaltungsträger
mit elektronischen Bauelementen;
- – mindestens
einem auf dem ersten Schaltungsträger lösbar angeordneten zweiten Schaltungsträger mit zumindest
einem Steuerbauteil; und
- – mindestens
einem Gehäuse
mit Deckel zur Verpackung des ersten und zweiten Schaltungsträgers,
weist
folgende Verfahrensschritte auf:
(S1) Eröffnen einer Zugriffsöffnung des
Deckels bzw. des Gehäuses,
die durch eine Abdeckung verschlossen ist;
(S2) Zugreifen durch
die Zugriffsöffnung
auf einen dem zweiten Schaltungsträger entsprechenden Teilbereich und
Lösen und
Entnehmen des zweiten Schaltungsträgers von dem ersten Schaltungsträger;
(S4)
Einsetzen eines neuen zweiten Schaltungsträgers auf den ersten Schaltungsträger; und
(S5)
Verschließen
der Zugriffsöffnung.
Weitere
Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind dem sich
anschließenden
Beschreibungsteil und den Zeichnungen zu entnehmen.
ZEICHNUNGEN
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Figuren der Zeichnung
angegebenen Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
Es
zeigt dabei:
1 eine schematische Schnittansicht
einer Anordnung einer Steuereinrichtung nach dem Stand der Technik;
2 eine schematische Schnittansicht
eines ersten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Anordnung
einer Steuereinrichtung;
3 eine vergrößerte Ansicht
einer Abdeckung des oberen Abschnitts der Markierung X aus 1;
4 eine Variante der 3;
5 eine schematische Schnittansicht
eines zweiten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Anordnung
der Steuereinrichtung;
6 eine schematische Schnittansicht
eines dritten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Anordnung
der Steuereinrichtung;
7 eine schematische Schnittansicht
eines vierten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Anordnung
der Steuereinrichtung;
8 eine schematische Schnittansicht
einer Variation des vierten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Anordnung
der Steuereinrichtung; und
9 eine schematische Schnittansicht
eines fünften
Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Anordnung
der Steuereinrichtung.
BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bei
den Zeichnungen kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche
Teile oder Teile mit gleicher oder ähnlicher Funktion.
Bei
Steuereinrichtungen für
die Ansteuerung einer mechanischen und/oder elektrischen Vorrichtung. insbesondere
für ein
Kraftfahrzeug, wie beispielsweise für ABS-/ESP-Systeme ergibt sich
gemäß Qualitätsuntersuchungen
und Reparaturstatistiken eine hohe Fehler- bzw. Ausfallwahrscheinlichkeit
für bestimmte
Teile, welche auf Grund von rauen Umgebungsbedingungen in einem
Kraftfahrzeug auftreten kann.
1 zeigt eine derartige Steuereinrichtung 1 in
schematischer Darstellung nach dem Stand der Technik. Ein nicht
weiter detaillierter Funktionsblock 13 bildet beispielsweise
einen Hydraulikaggregat einer ABS-/ESP-Systems eines Kraftfahrzeugs,
welches von elektromechanischen Bauelementen 20, beispielsweise
Elektromagnetventile, gesteuert wird. Diese elektromagnetischen
Bauelemente 20 sind mit einem ersten Schaltungsträger 3 verbunden,
welcher die elektronische Steuerbauteile und Schaltbauelemente 21 trägt. Es kann
sich dabei zum Beispiel um eine gedruckte Schaltung handeln.
Diese
Steuereinrichtung 1 ist von einem Gehäuse 12 und einem darauf
angebrachten Deckel 22 vollständig umgeben und zum Beispiel
gegen Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz geschützt.
Im
Reparaturfall wird die gesamte Steuereinrichtung 1 vom
Funktionsblock 13 entfernt und ausgetauscht.
Bei
der vorliegenden erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 1,
die in 2 in einer ersten
Ausführungsform
dargestellt ist, werden die Bauteile werden mit hoher Ausfallwahrscheinlichkeit
auf einem zweiten Schaltungsträger 4 angeordnet,
welcher im Reparaturfall in einfacher Weise schnell erreichbar und
austauschbar ist. Bei diesen Teilen handelt es sich beispielsweise
um Steuerungskomponenten, die in einem so genannten Logikchip eingebracht
werden können,
der erfindungsgemäß auf dem
zweiten Schaltungsträger 4 aufgebracht
ist, der austauschbar ausgebildet ist.
Der
erste Schaltungsträger 3 weist
Schaltelemente wie zum Beispiel Relais und/oder Schalttransistoren 21 zur
Ansteuerung von Aktoren wie beispielsweise Elektromagnetspulen 21 für Hydraulikventile
angeordnet. Auf dem ersten Schaltungsträger 3 sind außerdem erste
Kontaktelemente 7 in Form von Stecksockeln in einer bestimmten
Weise angeordnet.
Weitere
elektronische Bauelemente der elektronischen Steuerung, wie zum
Beispiel Logikschaltungen und dergleichen, sind auf dem zweiten
Schaltungsträger 4 angeordnet.
Als Beispiel dazu ist in 6 ein
Bauelement 5 in Chipausführung mit Verbindungselementen 6 in
Bondausführung
gezeigt.
Der
zweite Schaltungsträger 4 ist
in diesem Beispiel ein Keramikträger,
ein so genannter LTCC (Low Temperature Co-Fired Ceramic). Er kann
jedoch auch als eine Leiterplatte oder ähnlich ausgebildet sein. Der zweite
Schaltungsträger 4 ist
weiterhin mit zum ersten Schaltungsträger 3 hin weisenden
und zu den ersten Kontaktelementen 7 korrespondierenden
zweiten Kontaktelementen 8 in Form von Kontaktstiften ausgerüstet. Die
ersten und zweiten Kontaktelemente 7, 3 bilden
eine elektrisch leitende lösbare
Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Schaltungsträger 3 und 4,
wobei der zweite Schaltungsträger 4 in
Pfeilrichtung B auf den ersten Schaltungsträger 3 aufbringbar
und in Pfeilrichtung A von diesem entfernbar (2) ist.
Im
Reparaturfall wird nun der in den ersten Kontaktelementen 7 befindliche
zweite Schaltungsträger 4 entnommen.
Dieses erfolgt durch eine Zugriffsöffnung 17 im Gehäusedeckel 22 bzw.
Gehäuse 12 (siehe 2) der Steuereinrichtung 1.
3 und 4 zeigen vergrößert den oberen Abschnitt der
Markierung X aus 1 mit
der Zugriffsöffnung 17.
Diese Zugriffsöffnung 17 ist
in bevorzugter Ausgestaltung mit einer Abdeckung 2 verschlossen.
Sie ist mit dem Deckel 22 über mindestens eine Sollbruchstelle 23 mit
beispielsweise geschwächten
Randbereichen verbunden, wobei diese heraus zu brechende Abdeckung 2 mit
einem oder mehreren Vorsprüngen 25 zum
Ansetzen eines geeigneten Werkzeugs zum Herausbrechen versehen sein
kann (3).
4 zeigt eine alternative
Ausgestaltung der Abdeckung 2 in Gestalt einer Klappe,
die auf einer Seite über
ein Gelenk 24 und auf der anderen Seite mit einer Rasteinrichtung 26 die
Zugriffsöffnung 17 verschließt. Die
Rasteinrichtung 26 kann auch als eine Sollbruchstelle ausgestaltet
sein. Der Vorsprung 25 dient zum Ansetzen eines Werkzeugs
zur Öffnung
der Abdeckung 2. Sie wird um das Gelenk 24 (Pfeile)
herum geöffnet
und verschlossen. Das Gelenk 24 kann aus einer Verminderung
der Wandstärke
des Deckels 22 gebildet sein.
Die
Abdeckung 2 kann beim Einsetzen des neuen zweiten Schaltungsträgers 4 auch
durch eine Ersatzabdeckung verschlossen werden, wie weiter weiter
noch detaillierter erläutert
wird.
In 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel
gezeigt. Die Verschlussöffnung 17 ist
noch nicht verschlossen. Der zweite Schaltungsträger 4 weist in diesem
Beispiel einen Metallblock, zum Beispiel aus Aluminium auf, der
eine Wärmesenke 10 für das Steuerbauteil 5 bildet
und mit diesem und dem zweiten Schaltungsträger 4 in Wärme leitender
Verbindung steht.
Der
erste Schaltungsträger 3 ist
in bekannter Weise auf bzw. in dem Gehäuse 12 angeordnet
und befestigt. In diesem ist ein Stift als ein Wärmeleitungselement 11 gehalten,
welcher an seiner Unterseite L-förmig ausgebildet
ist und mit dem Funktionsblock 13 zur Wärmeübertragung in Kontakt steht.
Das andere Ende dieses Wärmeleitungselementes 11 sieht
mit der Wärmesenke 10 in
formschlüssiger
Verbindung, wobei eine Wärmeübertragung
zum Funktionsblock 13 ermöglicht ist.
In
einigen Fällen
genügt
als Wärmesenke 10 nur
ein Metallblock, wie in 6 in
einem dritten Ausführungsbeispiel
dargestellt ist. Aus Gründen
der Raumersparnis ist diese Wärmesenke 10 in
diesem dritten Ausführungsbeispiel
zusammen mit dem zweiten Schaltungsträger 4 so auf dem ersten
Schaltungsträger 3 angeordnet,
dass sie sich zwischen den beiden Schaltungsträgern 3 und 4 befindet.
Die Bauhöhe
der Steuereinrichtung 1 kann somit verringert sein. Die
nach oben bzw. außen
weisende Bestückungsseite
des zweiten Schaltungsträgers 4 ist
hierbei in geeigneter Weise mit einem Schutzelement 19 überdeckt.
Dieses Schutzelement 19 bildet hierbei in geeigneter Ausgestaltung
einen Verschluss der Zugriffsöffnung 17,
die beispielsweise zuvor von einer Abdeckung 2 mit Sollbruchstelle 23 (3) verschlossen war.
In
besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist die Wärmesenke 10 so ausgebildet,
dass sie immer einen Verschluss der Zugriffsöffnung 17 bildet,
die in 7 in einer vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Der Deckel 22 bzw.
das Gehäuse 12 weist
diese Zugriffsöffnung 17 in
einer zu der Form der Wärmesenke 10 korrespondierenden
Form auf. Die Wärmesenke 10 ist
in oben beschriebener Weise mit dem zweiten Schaltungsträger 4 verbunden
und mit dem Deckel 22 und dem ersten Schaltungsträger 3 über Befestigungselemente 14, 15 – beispielsweise
Verschraubungen – verbunden.
Zwischen Wärmesenke 10 und Gehäuse 12 ist
eine Dichtung 16 angeordnet, welche beim Austausch des
zweiten Schaltungsträgers 4 erneuert
wird. Die Dichtung 16 kann zum Beispiel aus einem Elastomer,
Silikon oder ähnlichem
bestehen. Auch eine Wärme
leitende Dichtung 16 ist denkbar, wobei der Deckel 22 zumindest
in diesem Bereich Wärme
leitende Eigenschaften aufweist. Selbstverständlich kann in dieser Ausführungsform
auch ein zweites Wärmeleitungselement 11 (siehe 5) vorgesehen sein.
Eine
Alternative zu diesem vierten Ausführungsbeispiels zeigt 8, wobei die mit dem zweiten Schaltungsträger 4 verbundene
Wärmesenke 10 auf
Stützelementen 18 des
Gehäuses 12 getragen
und mit ihnen mittels erster Befestigungselemente 14 lösbar verbunden
ist. Dabei bilden die Stützelemente 14 Führungen
und eine Hilfe zum korrekten Einsetzen des zweiten Schaltungsträgers 4,
wobei ein Schutz gegen Falscheinbau ermöglicht ist. In diesem Beispiel
ist ebenfalls eine Dichtung 16 zwischen der Unterseite
der Wärmesenke 10 und
dem Deckel 22 vorgesehen, welche beispielsweise auch ein
O-Ring sein kann.
Die Abdichtung der ersten Befestigungselemente 14 erfolgt
in bekannter Weise, zum Beispiel mit selbstdichtenden Schrauben.
In
dem gezeigten fünften
Ausführungsbeispiel
in 9 ist der Deckel 2 ein
Blechdeckel, an welchem der zweite Schaltungsträger 4, der hier mit
der Wärmesenke 10 verbunden
ist, über
ein erstes Wärmeleitungselement 9 angebracht
bzw. wird nachträglich
wieder angebracht. Die Wärmesenke 10 ist
beispielsweise aus Aluminium hergestellt, wobei das Wärmeleitungselement 9 ein
Wärmelcitkleber
ist.
Andere
Ausführungen,
zum Beispiel metallische Wärmeleitfedern,
sind selbstverständlich
möglich. Hierbei
dient die Ersatzabdeckung 2 aus Metall, beispielsweise
als Tiefzieh- oder Druckgussteil, als weitere Wärmesenke und zur Abgabe von
Wärme an
die Umgebungsluft.
Die
Ersatzabdeckung 2 weist an ihrem unteren Abschnitt Umbördelungen
auf, mit welchen sie beispielsweise unter Hinzufügen einer geeigneten Dichtung
auf dem Gehäuse 12 bzw.
dem Deckel 22 zum Verschluss der aufgebrochenen Zugriffsöffnung in
bekannter, geeigneter Weise befestigt wird und die Zugriffsöffnung dichtend
verschließt.
Damit wird der ursprüngliche
Zustand der Steuereinrichtung 1 wieder hergestellt.
Die
Ersatzabdeckung 2 kann auch aufwändiger als die Originalabdeckung
gestaltet sein. So ist es zum Beispiel möglich, dass der Originaldeckel
mit Ultraschall verschweißt
ist und die Ersatzabdeckung als Schraubdeckel mit zusätzlichem
Dichtmittel in einem Reparaturset geliefert wird.
Die
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern auf vielfältige
Art und Weise modifizierbar.
So
kann der Schaltungsträger 4 als
Leiterplatte oder als ein komplettes Austauschmodul ausgebildet sein.
Das
zweite Wärmeleitungselement 11 in
Form eines Stiftes kann eine Führung
und einen Schutz gegen Falscheinsetzen des zweiten Schaltungsträgers 4 bilden.
Es
ist auch denkbar, dass der zweite Schaltungsträger 4 selbst mit bestimmten
Teilbereichen, beispielsweise mit Abschnitten einer Leiterplatte,
den Verschluss der Zugriffsöffnung 17 bildet.
