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Die Erfindung betrifft ein Bauteil für eine Einrichtung zum Aufnehmen von Hydraulikfluid für ein Getriebe eines Kraftwagens, das zumindest teilweise aus Kunststoff besteht und elektrische Leiterbahnen umfasst. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine solche Einrichtung zum Aufnehmen von Hydraulikfluid mit einem solchen Bauteil. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Bauteil für eine Einrichtung zum Aufnehmen von Hydraulikfluid für ein Getriebe eines Kraftwagens, das als Zwischenlage zwischen Bauteilen mit Kanälen für Hydraulikfluid angeordnet ist. Schließlich betrifft die Erfindung auch noch eine solche Einrichtung zum Aufnehmen von Hydraulikfluid mit einem solchen Bauteil, das als Zwischenlage angeordnet ist.
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Ein aus dem Stand der Technik bekanntes elektrohydraulisches Steuergerät umfasst üblicherweise eine Kanalplatte, eine Ventilplatte sowie eine zwischen diesen beiden Platten angeordnete Zwischenlage. Diese drei Elemente bestimmen dann die Kanalführung für ein Hydraulikfluid, typischerweise Öl. Die Kanal- und Ventilplatte sind hierbei als Metallgussteile ausgeführt, welche relativ hohes Gewicht aufweisen. Die Ventilplatte ist typischerweise als Blechstanzteil ausgeführt. Innerhalb des elektrohydraulischen Steuergeräts wird eine, in einem Gehäuse untergebrachte elektronische Steuereinheit entweder angeschraubt oder aber in das elektrohydraulische Steuergerät integriert. Die elektronische Steuereinheit, welche einen Schaltungsträger umfasst, dient hierbei der Steuerung bzw. Regelung unterschiedlicher elektronischer Komponenten des elektrohydraulischen Steuergeräts. Solche Komponenten sind beispielsweise Hydraulikventile oder außerhalb der elektronischen Steuereinheit platzierte Sensoren (Temperatursensoren, Drucksensoren).
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Es muss also eine elektrische Verbindung zwischen diesen Komponenten und der elektronischen Steuereinheit hergestellt werden. Die hierfür erforderlichen elektrischen Zuleitungen sind entweder über Stanzgitter oder Flexfolien gebildet. Werden die Leiterbahnen durch Stanzgitter gebildet, sind diese in der Regel zum Zweck der elektrischen Isolation mit Kunststoff umspritzt. Häufig sind auch noch zusätzliche Bauelemente erforderlich, die nur zum Zwecke der Leitungsführung benötigt werden. Die elektrische Verbindung zur Leiterplatte der elektrischen Steuereinheit wird typischerweise über Bondverbindungen oder angelötete bzw. angeschweißte Kabel hergestellt. Die Kontaktierung der Ventile erfolgt normalerweise über Stecker, die entweder Bestandteil des Stanzgitters bzw. der Flexfolie sind oder über Kabel an diese angeschlossen werden.
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Insbesondere bedingen die mechanischen Randbedingungen des elektrohydraulischen Steuergeräts häufig komplexe Leitungsführung bzw. lange Zuleitungswege zu den außerhalb der elektronischen Steuereinheit platzierten Sensoren und Ventilen. Zudem ist für die Integration der elektrischen Zuleitungen aufgrund der Ausführung von Komponenten des elektrohydraulischen Steuergeräts als Metallgussteil immer eine elektrische Isolation erforderlich, z. B. in Form von hitze- und ölbeständigen Kabeln oder kunststoffummantelten Stanzgittern.
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Aus der
DE 10 2006 039 949 B4 ist eine elektrohydraulische Steuervorrichtung für ein automatisches Getriebe eines Kraftwagens bekannt, dessen elektronische Steuereinheit ohne ein eigenes Elektronikgehäuse auskommt und vollständig in das Gehäuse der elektrohydraulischen Steuervorrichtung integriert ist.
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Aus der
WO 02/055908 A1 ist eine aus Kunststoff gefertigte Schaltplatte für ein hydraulisches Getriebesteuergerät eines Kraftfahrzeugs bekannt. Auf der von Kühlmittelkanälen durchzogenen Kunststoffplatte ist eine Elektronikbauelemente tragende Leiterplatte in einem öldichten Gehäuseraum angeordnet. Mit dieser sind weitere, im Ölraum befindliche elektrische Leiter über Bonddrähte verbunden, wobei die elektrischen Leiter als Stanzgitter in die Kunststoffplatte eingelassen sein können.
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Die
DE 197 12 842 C1 beschreibt ein Steuergerät für ein Automatikgetriebe eines Kraftwagens, bei dem die auf einer Bodenplatte angebrachte elektronische Schaltung über einen Leiterbahnträger elektrisch kontaktiert ist. Der Leiterbahnträger kann hierbei eine flexible Polyimid-Folie sein, auf der die Leiterbahnen angebracht sind. Diese Leiterbahnen werden mit elektrischen Zuleitungen kontaktiert, die in einem aus Kunststoff gefertigten Gehäusedeckel integriert sind, welcher die elektronische Schaltung von einem Ölraum abtrennt.
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Gemäß der
DE 198 17 198 C2 lässt sich eine verkapselte elektronische Schaltung vom Außenraum eines Gehäuses her über eine Steckverbindung elektrisch kontaktieren. In einem Steckgehäuse untergebrachte Kontaktstifte sind hierbei über elektrische Leiter, die in das Kunststoffgehäuse eingebettet sind, mit der elektronischen Schaltung verbunden. Das Gehäuse der elektronischen Schaltung wird in analoger Weise wie in der
DE 197 12 842 C1 gebildet.
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Aus der
DE 102 60 242 A1 ist ein Schaltungsmodul, z. B. für das Getriebe eines Kraftwagens, bekannt, dessen Schaltungsträger durch eine Haube und eine Bodenplatte vom Ölraum getrennt ist. Die elektrische Kontaktierung der Schaltung erfolgt über Kontaktstifte, die über abgedichtete Öffnungen durch die Bodenplatte geführt sind.
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Auch aus der
EP 0 025 647 A2 ist eine elektronische Schaltung bekannt, die über eine Bodenplatte und ein damit verbundenes Deckelement von einem umgebenden Raum getrennt ist. Die Schaltung ist als integrierte Schaltung auf einem Trägersubstrat ausgeführt und über Bondkabel an elektrische Kontaktstifte angeschlossen. Diese sind über Dichtungen durch die Bodenplatte in den Außenraum geführt.
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Die
DE 197 51 095 C1 beschreibt die elektrische Kontaktierung eines, in einer Ölwanne eines Automatikgetriebes befindlichen Steuergeräts von außerhalb des Getriebegehäuses. Hierzu wird ein speziell ausgebildetes elektrisches Verbindungselement zwischen den metallischen Teilen des Getriebegehäuses hindurchgeführt. Es umfasst zwischen Polyimid-Folien eingeklebte und dadurch elektrisch isolierte Leiterbahnen.
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Aus der
DE 101 01 091 A1 ist ein hydraulisches Kraftfahrzeug-Getriebesteuergerät bekannt, welches eine aus Kunststoff bestehende Hydraulik-Verteilerplatte aufweist. Diese Hydraulik-Verteilerplatte ist für die Verteilung von Hydraulikflüssigkeit mit Kanälen durchzogen. In der Hydraulik-Verteilerplatte sind ferner elektrische Leiter des Getriebesteuergeräts eingebettet und/oder es sind an der Oberfläche der Hydraulik-Verteilerplatte elektrische Leiter des Getriebesteuergeräts anmetallisiert.
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Aus der
DE 199 55 603 C1 ist ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug mit einem Komponententräger mit einem abgedichteten Gehäuse bekannt. Durch das Gehäuse hindurch ist eine flexible Leiterplatte auf einem Komponententräger geführt. In dem Komponententräger eingebettete Leiter stellen einen elektrischen Kontakt mit elektrischen Komponenten her. Beim Herstellen des Steuergeräts werden Leiter in dem Leitungsträger eingebettet.
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Aus der
DE 20 2004 020 490 U1 ist eine Anschlussplatte für Aktuatoren, die mit Strom zur Schaltstellungsänderung und mit Fluid als Betätigungsmedium für externe Verbraucher zu versorgen sind, bekannt. Die Anschlussplatte weist dabei mindestens eine Leiterplatte mit Leiterbahn zur Stromversorgung auf. Weiterhin weist die Anschlussplatte eine Kanalplatte mit mindestens einem darin eingearbeiteten, das Fluid aufnehmenden Kanal zur Fluidversorgung auf, wobei die Kanalplatte mit der zumindest einen Leiterplatte flächig und fluiddicht stoffschlüssig verbunden ist, so dass die Anschlussplatte mit den Leiterbahnen und dem zumindest einem Kanal eine bauliche Einheit bildet.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, Bauteile eines elektrohydraulischen Steuergeräts kostengünstig und mit geringem Gewicht zu realisieren und eine einfache elektrische Kontaktierung elektronischer Komponenten des elektrohydraulischen Steuergeräts bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt durch ein Bauteil, welches die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, sowie eine Einrichtung gemäß Patentanspruch 5 gelöst. Die Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 und einer Einrichtung gemäß Patentanspruch 9 gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes Bauteil ist als Bestandteil einer Einrichtung zum Aufnehmen von Hydraulikfluid vorgesehen, wobei die Einrichtung in einem Getriebe eines Kraftwagens zum Einsatz kommen kann. Bei einer solchen Einrichtung kann es sich insbesondere um ein elektrohydraulisches Steuergerät handeln, wie es z. B. in einem Automatikgetriebe eines Kraftwagens eingesetzt wird. Insbesondere kann das Bauteil alleine oder in Kombination mit einem oder mehreren anderen Bauteilen Kanäle für das Hydraulikfluid bilden, welche bezüglich ihrer Querschnittskontur im Umfang geschlossen sein können. Als Hydraulikfluid kommen insbesondere ölartige Flüssigkeiten in Frage.
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Ferner besteht das erfindungsgemäße Bauteil zumindest teilweise aus Kunststoff und umfasst elektrische Leiterbahnen. Das Bauteil kann also vollständig oder abschnittsweise aus Kunststoff gefertigt sein, wobei insbesondere ein bezüglich seines Volumens dominanter Grundkörper des Bauteils aus Kunststoff gebildet sein kann. Die elektrischen Leiterbahnen können in oder am Bauteil verlaufen.
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Erfindungsgemäß sind hierbei die elektrischen Leiterbahnen zumindest teilweise aus metallisiertem Kunststoff gebildet. Mit diesem Begriff werden sogenannte spritzgegossene Schaltungsträger (englisch: Molded Interconnect Devices, kurz MID) bezeichnet, bei denen metallische Leiterbahnen auf einen Kunststoffträger aufgebracht sind. Es gibt verschiedene Verfahren zur Herstellung solcher Leiterbahnen: Typischerweise wird einem Kunststoff Metall zugesetzt, wobei die so dotierten Kunststoffbereiche in einem Aktivierungsverfahren, das z. B. unter Lasereinwirkung abläuft, Metallkeime ausbilden. Die Leiterbahn wird anschließend entlang der Metallkeime auf das Kunststoffbauteil aufgebracht, wobei z. B. ein Galvanisierungsverfahren oder ein Heißprägeverfahren Anwendung findet. Dies ist nur ein Beispiel. Aus dem Stand der Technik sind viele unterschiedliche Verfahren bekannt, mit Hilfe derer sich die elektrischen Leiterbahnen aus metallisiertem Kunststoff bilden lassen.
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Bauteile eines elektrohydraulischen Steuergeräts sind üblicherweise aus Metallgussteilen hergestellt. Solche schweren Gussteile erhöhen sowohl das Gewicht eines Kraftfahrzeugs, in dem sie eingesetzt werden, und verkomplizieren aufgrund ihres Gewichts den Herstellungsprozess. Dagegen bringt das erfindungsgemäße, zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigte Bauteil eine erhebliche Gewichtsreduktion mit sich. Wird es in einem Kraftwagen eingesetzt, reduziert sich damit auch das Gewicht desselbigen, wodurch Kraftstoff eingespart werden kann und folglich eine verbesserte Umweltverträglichkeit erreicht wird. Auch der Hersteller des elektrohydraulischen Steuergeräts braucht nicht die schweren Gussteile durch die Fertigung zu führen.
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Aus Metall gefertigte Bauteile sind darüber hinaus elektrisch leitend, so dass auf oder in ihnen geführte elektrische Zuleitungen stets elektrisch isoliert sein müssen. Die geschieht meist durch Kunststoffummantelung der elektrischen Leitungswege. Am erfindungsgemäßen Bauteil kann eine solche elektrische Isolation bzw. Kunststoffummantelung entfallen. Da das Bauteil selbst aus Kunststoff gebildet ist, wird es auf oder in ihm verlaufende elektrische Leiterbahnen weder kurzschließen noch erden. Auch die Leiterbahnen müssen nicht gesondert elektrisch isoliert werden.
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Elektrische Leiterbahnen aus metallisiertem Kunststoff sind optimal in das Bauteil integrierbar. Die häufig komplexe Leitungsführung im Bauteil des elektrohydraulischen Steuergeräts wird so vereinfacht und lässt sich technisch unkompliziert realisieren. Es ergibt sich eine große Freiheit bei der Gestaltung des Bauteils. Elektronische Komponenten des elektrohydraulischen Steuergeräts, wie Sensoren und Ventile, lassen sich frei platzieren, da die Leitungsbahnen flexibel im elektrohydraulischen Steuergerät geführt werden können. Die Anzahl der für die Leitungsführung benötigten Teile ist niedrig und die Herstellung des Bauteils ist einfach. Es ist sowohl wenig Material nötig, als auch wenige Prozessschritte. Die Kosten sind so eher gering.
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Erfindungsgemäß ist das Bauteil so ausgestaltet, dass die elektrischen Leiterbahnen in Einbaulage des Bauteils auf einer Seite des Bauteils verlaufen, welche einem Raum zugewandt ist, der Hydraulikfluid enthält. Das ist beispielsweise der Fall, wenn die Leiterbahnen an einer Oberfläche des Bauteils verlaufen und diese Fläche einem Hydraulikraum zugewandt ist. Dann sind die Leiterbahnen an einer Seite durch das Material des Bauteils begrenzt und an der anderen Seite von Hydraulikfluid, z. B. Öl, umspült. In einem solche Bauteil sind die elektrischen Leiterbahnen sehr leicht zugänglich und einfach elektrisch kontaktierbar.
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Erfindungsgemäß sind die Leiterbahnen an der Oberfläche des Bauteils mit einer Isolationsschicht bedeckt und/oder Rippen zwischen elektrisch leitfähigen Oberflächen der Leiterbahnen vorgesehen. Dadurch können Kurzschlüsse vermieden werden.
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Vorzugsweise verlaufen die elektrischen Leiterbahnen an der Oberfläche des Bauteils. Bei der Oberfläche kann es sich dabei um eine Seite handeln, die von einem Hydraulikfluid umspült ist, die mit einem anderen Bauteil in Kontakt steht oder einem Leeraum zugewandt ist. Die Oberfläche des Bauteils bestimmt z. B. die Außenkontur desselbigen und ist z. B. für die Einfassung des Hydraulikfluids verantwortlich. Bei der Oberfläche des Bauteils kann es sich auch um die Wandung einer Kavität handeln, die in dem Bauteil ausgebildet ist. Leiterbahnen verlaufen auch dann an der Oberfläche des Bauteils, wenn sie in Kanälen oder Einkerbungen liegen, die in der Oberfläche ausgebildet sind.
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An der Oberfläche des Bauteils verlaufende, aus metallisiertem Kunststoff gebildete elektrische Leiterbahnen lassen sich beispielsweise unter Einsatz des sogenannten Heißprägeverfahrens oder des Galvanisierungsverfahrens technisch bereitstellen. Beide Verfahren sind etabliert und an nahezu beliebig geformten Oberflächen spritzgegossener Kunststoffträger durchführbar. An der Oberfläche verlaufende Leiterbahnen sind zudem einfach zugänglich und lassen sich deshalb unaufwändig elektrisch kontaktieren. Beispielsweise können die elektrischen Leiterbahnen an einer Seite des Kunststoffbauteils verlaufen, welche von Hydraulikfluid, z. B. Öl, umströmt ist. Da Hydraulikfluide typischerweise keine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, ist in dieser Ausführungsform die Gefahr eines elektrischen Kurzschlusses nicht gegeben. Alternativ können die elektrischen Leiterbahnen jedoch auch teilweise oder ganz mit einer elektrischen Isolationsschicht versehen werden.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Bauteil auch einen Schaltungsträger umfasst, der mit den elektrischen Leiterbahnen elektrisch verbunden ist. Der Schaltungsträger umfasst insbesondere die für eine elektronische Steuerung oder Regelung notwendigen Schaltungen, welche typischerweise auf einer Leiterplatte ausgebildet sind. Insbesondere sendet bzw. empfängt der Schaltungsträger Signale an bzw. von Sensoren (Temperatursensoren, Drucksensoren) und Hydraulikventile, welche ebenfalls Bestandteile des elektrohydraulischen Steuergeräts sind.
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Der Schaltungsträger ist hierbei insbesondere so in das Bauteil integriert, dass er mit dem Hydraulikfluid nicht in direktem Kontakt steht. Er soll deshalb vorzugsweise in einem gegenüber Hydraulikfluid abgedichteten Hohlraum untergebracht sein, der von einem Raum, welcher Hydraulikfluid enthält (z. B. Ölraum), verschieden ist. Der Hohlraum ist beispielsweise als Aufnahme im Bauteil ausgebildet, insbesondere in dem aus Kunststoff bestehenden Grundkörper des Bauteils. Er kann jedoch auch einerseits durch eine Vertiefung im Bauteil und andererseits durch einen Deckel und/oder eine Seite eines anderen Bauteils des elektrohydraulischen Steuergeräts gebildet sein.
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Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist der Schaltungsträger in das Bauteil des elektrohydraulischen Steuergeräts integriert. Insbesondere ist kein separates Gehäuse für den Schaltungsträger bzw. die elektronische Steuereinheit erforderlich. Hierdurch wird Platz eingespart und es lässt sich ferner das Gewicht des elektrohydraulischen Steuergeräts gering halten. Durch den Entfall eines separaten Gehäuses wird Material eingespart und eine kostengünstige Lösung geschaffen. Da auch die elektrischen Leiterbahnen im Bauteil integriert sind, eröffnet sich die Möglichkeit, auf einfache Art und Weise einen elektrischen Kontakt zwischen diesen Leiterbahnen und dem Schaltungsträger herzustellen.
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Bei dem Bauteil für eine Einrichtung zum Aufnehmen von Hydraulikfluid kann es sich insbesondere um eine Kanalplatte, eine Ventilplatte oder eine Zwischenlage zwischen Kanalplatte und Ventilplatte handeln. Vorzugsweise ist das Bauteil eine Kanalplatte. Eine Kanalplatte weist Kanäle auf, welche einen Strom von Hydraulikfluid leiten. Auch eine Ventilplatte weist Kanäle auf und umfasst zusätzliche Hydraulik- und/oder Elektronikkomponenten, welche eine aktive Steuerung des Hydraulikfluidflusses zulassen. Die Zwischenlage ist eine zwischen Kanalplatte und Ventilplatte eingebrachte Zusatzplatte, welche zumindest abschnittsweise separierende Wirkung für Hydraulikfluid hat.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Aufnehmen von Hydraulikfluid für ein Getriebe eines Kraftwagens, welche ein erfindungsgemäßes Bauteil oder eine vorteilhafte Ausgestaltung davon aufweist. Bei der Einrichtung kann es sich insbesondere um ein elektrohydraulisches Steuergerät bzw. eine Hydraulikeinheit bzw. eine sogenannte Getriebehydraulik handeln. Solche Einrichtungen werden beispielsweise im Automatikgetriebe eines Kraftwagens eingesetzt.
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Erfindungsgemäß ist die Einrichtung so ausgestaltet, dass die elektrischen Leiterbahnen auf einer Seite des Bauteils verlaufen, welche einem Raum zugewandt ist, der Hydraulikfluid enthält. Das ist beispielsweise der Fall, wenn die Leiterbahnen an einer Oberfläche des Bauteils verlaufen und diese Fläche einem Hydraulikraum zugewandt ist. Dann sind die Leiterbahnen an einer Seite durch das Material des Bauteils begrenzt und an der anderen Seite von Hydraulikfluid, z. B. Öl, umspült. In einem solche Bauteil sind die elektrischen Leiterbahnen sehr leicht zugänglich und einfach elektrisch kontaktierbar.
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Erfindungsgemäß sind auch hierbei die Leiterbahnen an der Oberfläche des Bauteils mit einer Isolationsschicht bedeckt und/oder Rippen zwischen elektrisch leitfähigen Oberflächen der Leiterbahnen vorgesehen. Dadurch können Kurzschlüsse vermieden werden.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Bauteil für eine Einrichtung zum Aufnehmen von Hydraulikfluid für ein Getriebe eines Kraftwagens, wobei das Bauteil als Zwischenlage zwischen Bauteilen mit Kanälen für Hydraulikfluid angeordnet ist. Bei den Bauteilen mit Kanälen für Hydraulikfluid kann es sich insbesondere um eine sogenannte Kanalplatte und/oder eine Ventilplatte handeln. Kanal- und Ventilplatte umfassen Verteilungskanäle für Hydraulikfluid, wobei die Ventilplatte zusätzlich Einrichtungen für die aktive elektrohydraulische Steuerung eines Fluids umfasst. Ein erfindungsgemäßes Bauteil ist ferner zumindest teilweise in Kunststoff ausgeführt und weist elektrische Leiterbahnen auf. Vorzugsweise sind die elektrischen Leiterbahnen zumindest teilweise aus metallisiertem Kunststoff gebildet, also in einem Verfahren zur Herstellung spritzgegossener Schaltungsträger hergestellt. Sie können aber auch als Draht oder Stanzgitter in das als Zwischenlage dienende Kunststoffbauteil eingelassen sein.
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Nach dem Stand der Technik waren zum Zwecke der Leitungsführung bisher zusätzliche Bauelemente notwendig. Durch die Integration der Leitungsführung in die Zwischenlage entfallen solche Extrabauteile. Material und Montageschritte lassen sich so reduzieren.
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Erfindungsgemäß ist das Bauteil so ausgestaltet, dass die elektrischen Leiterbahnen in Einbaulage des Bauteils auf einer Seite des Bauteils verlaufen, welche einem Raum zugewandt ist, der Hydraulikfluid enthält. Das ist beispielsweise der Fall, wenn die Leiterbahnen an einer Oberfläche des Bauteils verlaufen und diese Fläche einem Hydraulikraum zugewandt ist. Dann sind die Leiterbahnen an einer Seite durch das Material des Bauteils begrenzt und an der anderen Seite von Hydraulikfluid, z. B. Öl, umspült. In einem solche Bauteil sind die elektrischen Leiterbahnen sehr leicht zugänglich und einfach elektrisch kontaktierbar.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Bauteil auch einen Schaltungsträger, der mit den elektrischen Leiterbahnen elektrisch verbunden ist. Ein solcher Schaltungsträger ist dann baulicher Bestandteil der Zwischenlage und mit deren Grundkörper verbunden. Da sowohl die Leiterbahnen im Grundkörper der Zwischenlage verlaufen als auch der Schaltungsträger auf selbigem angebracht ist, ergibt sich eine besonders kompakte bauliche Integration mit kurzen Leitungswegen und guten Möglichkeiten der elektrischen Kontaktierung. Das die Zwischenlage bildende Bauteil umfasst dann nahezu alle für die elektronische Steuerung relevanten Baukomponenten und fasst so funktional zusammengehörige Elemente auch baulich und räumlich zusammen.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zum Aufnehmen von Hydraulikfluid mit einem erfindungsgemäßen Bauteil, welches als Zwischenlage zwischen Bauteilen mit Kanälen für Hydraulikfluid angeordnet ist, oder einer vorteilhaften Ausgestaltung davon.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäßen Bauteile vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäßen Einrichtungen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen als auch die in der Figurenbeschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen und/oder die in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Anhand von den Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Ausschnitt eines elektrohydraulischen Steuergeräts in schematischer Schnittdarstellung nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 einen Ausschnitt eines elektrohydraulischen Steuergeräts in auseinandergezogener, schematischer Schnittdarstellung nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 3A eine schematische Schnittdarstellung eines Bauteils eines elektrohydraulischen Steuergeräts mit elektrischen Leiterbahnen an der Oberfläche des Bauteils;
- 3B eine schematische Schnittdarstellung eines Bauteils eines elektrohydraulischen Steuergeräts mit elektrischen Leiterbahnen, die an der Oberfläche des Bauteils zwischen Rippen verlaufen; und
- 3C eine schematische Schnittdarstellung eines Bauteils eines elektrohydraulischen Steuergeräts mit elektrischen Leiterbahnen, die im Inneren des Bauteils verlaufen.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines elektrohydraulischen Steuergeräts 44, das vornehmlich in Kunststoff ausgeführt ist. Dargestellt ist ein Bauteil des elektrohydraulischen Steuergeräts 44, nämlich eine Kanalplatte 10. Diese besteht im Ausführungsbeispiel überwiegend aus Kunststoff und dient der Einfassung, Begrenzung und Führung des Hydraulikfluids Öl in einem Ölraum 12. Die Kanalplatte 10 weist einen Hohlraum 14 auf, in dem ein Schaltungsträger 18 für eine elektronische Steuereinheit aufgenommen ist. Die Kanalplatte 10 umfasst ferner elektronische Bauteile, insbesondere einen Sensor 34, und elektrische Leiterbahnen 16, welche z. B. den Sensor 34 mit dem Schaltungsträger 18 elektrisch verbinden. Die elektrischen Leiterbahnen 16 dienen auch der elektrischen Kontaktierung anderer elektronischer Komponenten, z. B. eines Hydraulikventils 38, welches auf einem anderen Bauteil des elektrohydraulischen Steuergeräts 44 angebracht ist.
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Nach dem Stand der Technik ist es üblich, eine solche Kanalplatte als Metallgussteil (z. B. Aluminiumgussteil) auszuführen. Im Ausführungsbeispiel der 1 dagegen besteht die Kanalplatte 10 zumindest teilweise aus Kunststoff und wurde im Spritzgussverfahren produziert. Hierdurch ergibt sich ein erheblicher Gewichts- sowie Kostenvorteil bei der Herstellung des elektrohydraulischen Steuergeräts 44 und bei seinem Einsatz in einem Kraftwagen. Daneben bietet sich hierdurch die Möglichkeit, die Leiterbahnen 16 aus metallisiertem Kunststoff auszuführen. Die Leiterbahnen 16 sind hierbei direkt auf die Kanalplatte 10 aufgebracht. Im Ausführungsbeispiel findet hierzu ein Verfahren Anwendung, welches die Herstellung spritzgegossener Schaltungsträger ermöglicht und im Folgenden kurz als MID-Verfahren (von MID = Molded Interconnect Devices) bezeichnet wird. Die zugehörigen Leiterbahnen 16 werden entsprechend als MID-Leiterbahnen bezeichnet.
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Im MID-Verfahren wird beispielsweise dem Kunststoff, z. B. Polyamid (PA), ein Metall, z. B. Kupfer, zugesetzt. Mittels eines Aktivierungsverfahrens (z. B. Laser-Direktstrukturieren) werden auf den Oberflächen, die später die Leiterbahn 16 tragen sollen, Kupferkeime freigesetzt. Anschließend wird entweder mittels Galvanisierungs- oder Heißprägeverfahrens eine Kupferleiterbahn auf das Kunststoffbauteil aufgebracht. Dabei sind beliebig gekrümmte Oberflächen zulässig. Im Ausführungsbeispiel verlaufen die sich so ergebenden MID-Leiterbahnen 16 an der Oberfläche der Kanalplatte 10 auf der dem ÖIraum 12 zugewandten Seite. Sie sind hierbei gegenüber dem Ölraum 12 nicht elektrisch isoliert.
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Die Leiterbahnen 16 dienen der elektrischen Kontaktierung zwischen Sensor 34 bzw. Hydraulikventil 38 einerseits und dem Schaltungsträger 18 der elektronischen Steuereinheit andererseits. Der Schaltungsträger 18 ist hierbei in einem Hohlraum 14 der Kanalplatte 10 so angeordnet, dass er nicht in Kontakt mit dem Öl des Ölraums 12 steht. Die Abdichtung des Hohlraums 14 gegenüber der von Öl umspülten Umgebung erfolgt mittels eines Deckels 20. Dieser ist im Ausführungsbeispiel ebenfalls aus Kunststoff ausgeführt und mit der Kanalplatte 10 laserverschweißt. Das Gehäuse des Schaltungsträgers 18 der elektronischen Steuereinheit ergibt sich also aus dem Kunststoffteil der Kanalplatte 10 zusammen mit dem Deckel 20. Hierbei ist kein zusätzliches Dichtelement erforderlich. Wahlweise kann der Deckel 20 auch von einem anderen, von der Kanalplatte 10 verschiedenen Bauteil des elektrohydraulischen Steuergeräts 44 bereitgestellt werden. In diesem Fall ist ein zusätzliches Dichtelement erforderlich.
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Der Schaltungsträger 18 der elektronischen Steuereinheit, z. B. eine Leiterplatte bzw. ein Hybrid, kann entweder auf die aus Kunststoff ausgeführte Kanalplatte 10 oder auf den Deckel 20 montiert werden. Im Ausführungsbeispiel ist er auf dem Kunststoffgrundkörper der Kanalplatte 10 mittels eines Klebstoffs 22 fixiert.
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Die Durchleitung der elektrischen Verbindungen vom Hohlraum 14, welcher die Steuerelektronik aufnimmt, in den Ölraum 12 erfolgt über Metallstifte 24, die in den Kunststoff der Kanalplatte 10 eingepresst sind. Die Metallstifte 24 sind in einer aus dem Stand der Technik bekannten Art und Weise ausgebildet (wie z. B. von öldichten elektrischen Steckverbindungen im Kfz bekannt). Eine Seite der Metallstifte 24 reicht in den Hohlraum 14 und wird mittels Bondverbindungen 26 mit dem Schaltungsträger 18 elektrisch kontaktiert. Die andere Seite der Metallstifte 24 reicht in den Ölraum 12. Die Metallstifte 24 haben eine Tannenbaumkontur, welche eine enge Einpassung der Metallstifte 24 in Öffnungen des Kunststoffkörpers der Kanalplatte 10 erlaubt und somit eine Abdichtung des Hohlraums 14 gegenüber dem Öl des Ölraums 12 sicherstellt. Dies hat den Vorteil, dass kein separates Dichtelement zur Abdichtung des Hohlraums 14 erforderlich ist.
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Auf der dem Ölraum 12 zugewandten Seite des Kunststoffgrundkörpers der Kanalplatte 10 werden die Metallstifte 24 mit den MID-Leiterbahnen 16 in elektrischen Kontakt gebracht. Im Ausführungsbeispiel wird die zum Sensor 34 führende elektrische Leiterbahn 16 mit einem ersten Metallstift 24 (linker Stift in 1) über eine Bondverbindung 26 elektrisch kontaktiert. Die zum Hydraulikventil 38 führende MID-Leiterbahn 16 wird mit einem zweiten Metallstift 24 (rechter Stift in 1) mittels eines Galvanisierungsverfahrens direkt kontaktiert.
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Der Sensor 34 ist im Ausführungsbeispiel direkt in das Kunststoffteil der Kanalplatte 10 eingespritzt. Auch sein elektrischer Anschlussdraht 32 ist in den Kunststoff eingebettet. Die Herstellung einer elektrischen Zuleitung erfolgt mittels MID-Verfahren, indem der Laser den Kunststoff bis zu einer Anschlussstelle 54 aufschmilzt. Die elektrische Kontaktierung zum Anschlussdraht 32 an der Anschlussstelle 54 erfolgt dann im Galvanisierungsverfahren.
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Hydraulikventile 38 werden ebenfalls über Leiterbahnen 16 mit dem Schaltungsträger 18 elektrisch kontaktiert. Die elektrische Verbindung zwischen einer elektrischen Zuleitung 48 des Hydraulikventils 38 mit der Leiterbahn 16 erfolgt dabei über ein Stanzbiegeteil 36, welches eine Steckverbindung ermöglicht. Das Stanzbiegeteil 36 ist hierbei direkt in den Kunststoffkörper der Kanalplatte 10 eingespritzt und z. B. als sogenannter M-Slot ausgeführt. Die elektrische Kontaktierung des Stanzbiegeteils 36 mit der im MID-Verfahren hergestellten Leiterbahn 16 erfolgt entweder über eine Bondverbindung oder direkt im Galvanisierungsverfahren.
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Das Gehäuse des Steckers zum Fahrzeugkabelbaum (in 1 nicht dargestellt) kann z. B. im Kunststoffkörper der Kanalplatte 10 dargestellt werden.
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Analog zur vorgeschlagenen Verfahrensweise bei der Durchkontaktierung zwischen dem die Elektronik aufnehmenden Hohlraum 14 und dem Hydraulik- bzw. Ölraum 12 werden die Steckerpins direkt in den Kunststoff der Kanalplatte 10 eingepresst. Die Kontaktierung an die im MID-Verfahren hergestellten Leiterbahnen 16 erfolgt wiederum entweder über Bondverbindungen 26 oder direkt im Galvanisierungsverfahren.
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Das Ausführungsbeispiel der 2 zeigt ein elektrohydraulisches Steuergerät 44, das eine Kanalplatte 10, eine Ventilplatte 40 sowie eine zwischen diesen beiden Platten verlaufende Zwischenlage 42 umfasst. In 2 ist hierbei eine auseinandergezogene Schnittdarstellung gewählt, bei der die einzelnen Platten vertikal gegeneinander versetzt sind, um ihre individuellen Komponenten deutlicher hervortreten zu lassen. Die Kanalplatte 10, die Ventilplatte 40 sowie die Zwischenlage 42 bestimmen zusammen die Kanalführung für das Hydraulikfluid, im Ausführungsbeispiel Öl, welches sich im Ölraum 12 befindet. Die Kanalplatte 10 sowie die Ventilplatte 40 sind im Ausführungsbeispiel Metallgussteile, während die Zwischenlage 42 aus Kunststoff ausgeführt ist. Kanalplatte 10 und Ventilplatte 40 umfassen Kanäle, entlang derer Hydrauliköl fließen kann und durch die folglich Ölräume 12 gebildet sind. An der Ventilplatte 40 sind zudem Ventile angebracht, wobei im Ausführungsbeispiel exemplarisch das Hydraulikventil 38 gezeigt ist.
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Die elektrische Kontaktierung eines Sensors 34 sowie eines Hydraulikventils 38 erfolgt über Leiterbahnen 16, welche entlang der Zwischenlage 42 verlaufen. Die Leiterbahnen 16 sind auch hier im MID-Verfahren aus metallisiertem Kunststoff hergestellt. Sie können aber genauso auch durch Stanzgitter gebildet werden. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der 1 verlaufen die Leiterbahnen .16 nun jedoch im Inneren der Zwischenlage 42. Da die Zwischenlage 42 aus Kunststoff ausgeführt ist, ergibt sich so eine elektrische Isolierung der Leiterbahnen 16 gegenüber der metallischen Kanalplatte 10 und der metallischen Ventilplatte 40. Ein unerwünschter elektrischer Kurzschluss wird folglich vermieden.
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Die einen Enden der Leiterbahnen 16 sind mit dem Hydraulikventil 38 und dem Sensor 34 verbunden. Hierzu ist z. B. ein Stecker 46 direkt in die Zwischenlager 42 integriert und mit der Leiterbahn 16 elektrisch verbunden. Die elektrische Zuleitung 48 des Hydraulikventils 38 ist mit dem Stecker 46 in elektrischem Kontakt. Dies ermöglicht die elektrische Kontaktierung des Hydraulikventils 38. Auf der anderen Seite ist der Sensor 34 mit seinem Anschlussdraht 32 in die Zwischenlage 42 teilweise eingespritzt und dort mit der Leiterbahn 16 elektrisch verbunden. Bei dem Sensor 34 handelt es sich z. B. um einen Temperatursensor oder einen Drucksensor.
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An ihrem jeweils anderen Ende sind die Leiterbahnen 16 mit einem Schaltungsträger 18 der elektronischen Steuereinheit verbunden. Beispielhaft ist wiederum eine Bondverbindung 26 zwischen dem Schaltungsträger 18 und der Leiterbahn 16 dargestellt, die das Hydraulikventil 38 elektrisch anschließt. Der Schaltungsträger 18 sitzt in einen Hohlraum 14 und ist so von Räumen, welche Öl enthalten, getrennt. Der Hohlraum 14 wird hierbei durch die Kanalplatte 10 und die Zwischenlage 42 begrenzt. Die Abdichtung gegenüber einem Ölraum 12 erfolgt über, beispielsweise als O-Ringe ausgeführte Dichtungen 30. Der Schaltungsträger 18 ist auf der Kunststoffplatte der Zwischenlage 42 angebracht. In dieser Ausführungsform lässt sich eine Kühlung des Schaltungsträgers 18 durch eine geeignete Kanalführung erreichen, die sich im Zusammenwirken von Kanalplatte 10, Ventilplatte 40 und Zwischenlage 42 ergibt. Dann ist kein extra Kühlkanal erforderlich. Auch ein separates Gehäuse der elektronischen Steuereinheit entfällt, da die Behausung durch die den Hohlraum 14 begrenzende Kanalplatte 10 und Zwischenlage 42 gebildet ist.
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Die 3A, 3B und 3C zeigen drei verschiedene Möglichkeiten für die Integration der Leiterbahnen 16 in ein Bauteil des elektrohydraulischen Steuergeräts 44, z. B. die Kanalplatte 10. In 3A verlaufen die im MID-Verfahren hergestellten Leiterbahnen 16 an der Oberfläche der Kanalplatte 10 und sind hierbei zusätzlich mit Isolationsschichten 50 bedeckt. Solche Leiterbahnen 16 aus metallisiertem Kunststoff lassen sich beispielsweise im Heißprägeverfahren auf die Kanalplatte 10 aufbringen, wobei die Verwendung mehrschichtiger Folien mit Isolationsschicht 50 sinnvoll ist, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Sitzen die elektrischen Leiterbahnen 16 beispielsweise an einer einem Ölraum 12 zugewandten Oberfläche, könnte nämlich sonst ein Kurzschluss durch Metallspäne, welche sich im Ölraum 12 befinden, verursacht werden.
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Im Ausführungsbeispiel der 3B sind die Leiterbahnen 16 im Galvanisierungsverfahren erzeugt und sind damit ebenfalls MID-Leiterbahnen. Das Aufbringen einer Isolationsschicht in einem weiteren Prozess kann hier vermieden werden, wenn der Span- bzw. Kurzschlussschutz in der Kunststoff-Kanalplatte 10 bereits konstruktiv dargestellt ist. Dies kann z. B. mittels Rippen 52 zwischen den elektrisch leitfähigen Oberflächen der Leiterbahnen 16 geschehen. Die Leiterbahnen 16 verlaufen hier wiederum an der Oberfläche der Kanalplatte 10, wobei sie in diese zumindest teilweise integriert bzw. eingebettet sind.
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Die Leiterbahnen 16 der 3A und 3B eignen sich für den Einsatz im Ausführungsbeispiel der 1. Wie im Ausführungsbeispiel der 2 sind dagegen die Leiterbahnen 16 in 3C, welche nicht den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zeigt, vollständig in die Zwischenlage 42 eingebettet, d. h. sie verlaufen in ihrem Inneren und sind vom Kunststoffmaterial der Zwischenlage 42 gänzlich umgeben.
