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Stand der Technik
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Steuermodule, die zum Beispiel für eine Getriebesteuerung von automatischen Getrieben oder anderen Anwendungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt wenden, enthalten eine elektronische Schaltung, Sensoren und mindestens eine Steckverbindung zum Anschluss an einen im Fahrzeug verbauten Kabelbaum. Die Steuermodule werden derart verbaut, dass sie ganz oder teilweise direkt im Getriebeöl (ATF automatic transmission fluid) liegen und Temperaturen von –40°C und +150°C, die in einem Fahrzeuggetriebe auftreten können, ausgesetzt sind. Um die empfindliche Elektronik vor dem aggressiven Getriebe Fluid (ATF) zu schützen, ist die elektronische Schaltung in einem dichten Gehäuse untergebracht.
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Die elektronische Schaltung beinhaltet mehrere elektronische Bauelemente, welche im Betrieb eine elektrische Verlustleistung erzeugen. Um eine sichere Funktion der elektronischen Bauelemente zu ermöglichen, muss die Verlustleistung möglichst gut abgeführt werden. Je besser die Verlustleistung abgeführt werden kann, desto höher kann die Betriebstemperatur gewählt werden und damit die Verfügbarkeit des Fahrzeugbetriebes auch bei hohen Temperaturen gewährleistet werden.
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DE 10 2004 061 818 A1 bezieht sich auf ein Steuermodul. Das offenbarte Steuermodul ist insbesondere für ein Getriebe eines Kraftfahrzeuges geeignet, welches ein Trägerteil und ein an diesem Trägerteil angeordnetes Steuergerät umfasst. Dieses ist mit einem ersten Gehäuseteil mit einem zweiten Gehäuseteil sowie einem zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil angeordneten Gehäuseinnenraum versehen. Innerhalb dieses Gehäuseinnenraumes ist ein an dem ersten Gehäuse befestigtes elektronisches Schaltungsteil angeordnet. Es ist wenigstens ein Leiter zur elektrischen Verbindung des Schaltungsteiles mit außerhalb des Gehäuseinnenraumes an der Trägerwand angeordneten elektronischen Bauteilen vorgesehen. Das Steuergerät ist mit dem ersten Gehäuseteil an einem Auflagebereich aufliegend verbunden. Das zweite Gehäuseteil ist innerhalb des Auflagebereiches an dem ersten Gehäuseteil angeordnet.
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Zur verbrauchsoptimierten Steuerung von automatischen Fahrzeuggetrieben sind elektronische Steuerungsmodule erforderlich, die in vielen Fällen vor Ort im Inneren des Getriebegehäuses angeordnet sind. Diese elektronischen Steuermodule für die Getriebesteuerung von automatischen Fahrzeuggetrieben enthalten eine elektronische Schaltung, Sensoren sowie mindestens eine Steckverbindung zum Anschluss an den Fahrzeugkabelbaum sowie elektrische Schnittstellen, so zum Beispiel Steckverbindungen, zum Ansteuern von Aktuatoren. Die Steuermodule werden so verbaut, dass sie ganz oder teilweise direkt im Getriebeöl bzw. im Getriebefluid (ATF) liegen, wobei Temperaturen zwischen –40°C und +150°C auftreten können, denen diese Bauteile ausgesetzt sind.
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In der Regel werden die Steuermodule kundenseitig auf eine Hydraulikeinheit montiert. Die Verbindung zwischen dem Steuermodul und der Hydraulikeinheit ist in der Regel eine Schraubverbindung.
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Für den Betrieb automatischer Getriebe ist in den meisten Fällen eine Ölpumpe notwendig, die bei bisherigen Lösungen direkt vom Fahrzeuggetriebe aus angetrieben wurde. Zur Minimierung des Kraftstoffverbrauches kommen in automatischen Getrieben auch häufig elektrisch angetriebene Ölpumpen zum Einsatz. Damit ist eine gezielte Veränderung der Pumpendrehzahl bis hin zum kompletten Abschalten möglich, was eine Verbesserung des Getriebewirkungsgrades und damit eine Kraftstoffminimierung zur Folge hat. Die zur Steuerung des Pumpenmotors notwendigen elektronischen Baugruppen werden unmittelbar mit in das elektronische Steuerungsmodul des automatischen Getriebes integriert. Die Pumpe und der zugehörige elektrische Motor sind in der Regel im Hydraulikteil untergebracht.
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Um das Steuermodul mit dem Pumpenmotor elektrisch zu verbinden, können Steckverbindungen eingesetzt werden. Die Versorgung des Pumpenmotors erfordert relativ hohe Ströme, die in der Größenordnung zwischen 20 Ampere bis 80 Ampere liegen können. Zur Übertragung dieser Ströme werden Steckverbindungen eingesetzt, die unter Erzeugung hoher Klemmkräfte verbaut werden. Bei der Montage des Steuermodules an der Hydraulikeinheit treten bei den bisher bekannten Steckverbindungen aufgrund der erforderlichen hohen Kemmkräfte, hohe Steckkräfte auf. Des weiteren sind bei der Montage des Steuermodules auf dem Hydraulikteil bzw. der Hydraulikeinheit des Fahrzeuggetriebes fertigungsbedingt auftretende Toleranzen auszugleichen. Dies bedeutet in der Regel konstruktiven Mehraufwand zum Beispiel in Form zusätzlicher Leiterabschnitte mit Kabeln.
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DE 102 24 687 A1 bezieht sich auf eine Leiterbahnanordnung zur Herstellung einer elektronischen Verbindung. Die Leiterbahnanordnung umfasst einen aus mehreren nebeneinander angeordneten Leiterbahnenen gebildetes Stanzgitter, dass zumindest teilweise von Verbindungselementen aus Isoliermaterial umgeben ist. Die Verbindungselemente bestehen aus einem in einem ersten Arbeitsschritt der Leiterbahnen aufgebrachten Isoliermaterial, wobei sich diese sich nachher zu senkrecht zur Längserstreckung der Leiterbahnen erstrecken und der Querschnitt der Verbindungselemente in mindestens zwei Bereiche aufgeteilt ist, die unterschiedliche Dicken aufweisen und in einem weiteren Arbeitsschritt die Leiterbahnen und Verbindungselemente mit Isoliermaterial umgeben sind.
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Darstellung der Erfindung
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Der erfindungsgemäß vorschlagenden Lösung folgend, ragt die elektrische Zuleitung mit vorzugsweise drei Phasen, ausgehend von elektronischen Bauteilen auf dem Steuerungsmodul zum Pumpenmotor über ein vorzugsweise umspritzt ausgebildetes Stanzgitter. Das Stanzgitter kann starr mit der Tragstruktur des Elektronikmoduls verbunden werden, so zum Beispiel mit diesem vernietet, warnverstemmt, oder in die Tragstruktur eingespritzt sein. Am Stanzgitter wiederum ist eine Verschraubungsgeometrie für den Pumpenmotor angebracht. Für den Fall, dass die Tragstruktur des Elektronikmodules kundenseitig an die Hydraulikeinheit bzw. Hydraulikteil des Fahrzeuggetriebes angeschraubt wird, kann im gleichen Prozess die elektrische Verbindung erzeugt werden.
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Die Orientierung der Anschraubflächen kann parallel oder bis zu 90° geschwenkt zur Montagerichtung verlaufen.
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Durch die sich zwangsläufig einstellenden Fertigungstoleranzen bei den Teilen des Elektronikmodules und des Hydraulikteiles, ist ein Toleranzausgleich zwischen diesen Teilen herbeizuführen. Dies wird dadurch erreicht, dass das Stanzgitter im Bereich der Verschraubungsgeometrie nicht mehr vollständig umspritzt wird. Ein Teil des Stanzgitters bleibt frei und funktioniert ähnlich dem Prinzip der Blattfeder. Dadurch kann sich das Stanzgitter bei der Montage ausreichend verformen, wobei die Verformung im elastischen und plastischen Bereich liegen kann.
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Um den Spanschutzerfordernissen, die an ein Fahrzeuggetriebe gestellt werden, in ausreichendem Maße Rechnung zu tragen, ist um die Verschraubungsgeometrie und einem freiliegenden Stanzgitterbereich ein umlaufend ausgebildeter Kragen vorgesehen. Der Kragen lässt sich im gleichen Spritzvorgang wie die eigentliche Stanzgitterungumspritzungen erstellen. Je nach Grad des geforderten Spanschutzes kann die Höhe des Kragens variieren. Der Kragen kann auch niedriger, er kann auch eben mit der eigentlichen Stanzgitterumspritzung sein oder auch deutlich höher als die Stanzgitterumspritzung ausgebildet werden.
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Durch die Ausbildung mindestens eines Biegebalkens in der Umspritzung ist eine Kompensation zwangsläufig auftretender Fertigungstoleranzen oder bei der Montage auftretender Toleranzen ohne wesentlichen Mehraufwand, insbesondere bei der elektrischen Verbindung möglich. Aufgrund der auftretenden hohen Ströme werden Stanzgitter eingesetzt. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung können die Montagekräfte geringer sein, sodass in Folge dessen eine Trägerstruktur des Steuermoduls filigraner und damit kostengünstiger ausgebildet werden kann.
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Die Kompensation von Montagetoleranzen kann vollständig durch eine kostengünstig ausgebildete elektrische Verbindung erreicht werden. Toleranzen in radialer Richtung beispielsweise, können durch Spiel in einer Schraubverbindung ausgeglichen werden, während ein axialer Toleranzausgleich durch die vorhandene Flexibilität im Stanzgitter selbst erfolgt. Aufgrund der geringen und idealerweise nicht auftretenden Montagekräfte, kann die Trägerstruktur des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Steuermodules filigraner und damit kostengünstiger sein. Bei kundenseitiger Montage werden in vorteilhafter Weise keine separaten Vorrichtungen benötigt, wie sie bei dem Einsatz bekannter Steckverbindungen erforderlich sind.
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Es besteht eine einfachere Montagemöglichkeit des Steuermodules und des Hydraulikteiles durch den Kunden. Die elektrische Verbindung wird im gleichen Prozess hergestellt, wie die mechanische Verbindung. Im Unterschied zu einer Steckverbindung, welche durch die Montage am Hydraulikteil hergestellt wird, ist die Steckrichtung gleich die Montagerichtung. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung hingegen können die Anschlüsse in beliebiger Orientierung liegen, sodass Montagerichtungen von 0° bis 90° problemlos möglich sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es zeigen:
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1 Eine Draufsicht auf eine erste Seite eines mit einer Verschraubungsgeometrie versehenen Kontaktiermodus,
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2 Eine Ansicht auf die zueinander in einem 90°-Winkel orientierten Seitenflächen des Kontaktiermodus gemäß 1,
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3 Eine Draufsicht auf einen in einem ummantelungsfreien Bereich des Kontaktiermoduls erzeugten, umlaufend ausgebildeten Kragen,
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4 Eine perspektische Ansicht des in 3 in der Draufsicht dargestellten ummantelungsfreien Bereich des Kontaktiermodules und
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5 Einen Schnitt durch einen ummantelungsfrei ausgebildeten Bereich des Kontaktiermoduls.
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Ausführungsvarianten
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Der Darstellung gemäß 1 ist eine Draufsicht auf eine erste Seite eines gewinkelt ausgebildeten Kontaktiermoduls zu entnehmen.
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Ein Kontaktiermodul 10, wie es anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben wird, dient beispielsweise zur Verbindung eines elektrischen Antriebes eines Förderagregates, beispielsweise einer elektrisch betriebenen Ölpumpe mit einem Fahrzeuggetriebe. Die Versorgung des elektrischen Antriebes erfordert relativ hohe Ströme, die in der Größenordnung zwischen 20 Ampère und 80 Ampère liegen. Bei dem Kontaktiermodul 10 gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein ummanteltes Stanzgitter 12, durch welches die elektrischen Zuleitungen von drei Phasen eines elektrischen Antriebes von elektronischen Bauteilen auf ein nicht näher dargestelltes Steuerungsmodul im elektrischen Antriebsfeld dargestellt sind. In der Regel wird das Stanzgitter 12 starr mit einer Tragstruktur eines nicht näher dargestellten Elektronikmoduls verbunden. Die Verbindung erfolgt beispielsweise durch Nieten, Warmverstemmen oder Einspritzen in die entsprechende Tragstruktur. Das Stanzgitter 12 umfasst eine Verschraubungsgeometrie 14 zur Verbindung mit dem elektrischen Antrieb, beispielsweise einer elektrisch betriebenen Ölpumpe. Wird die Tragstruktur des Elektronikmoduls kundenseitig mit einer Hydraulikeinheit verschraubt, vorzugsweise im gleichen Prozessschritt wie die Verschraubung, wird eine elektrische Verbindung mittels des Kontaktiermodules 10 erzeugt. Wie aus der Darstellung gemäß 2 hervorgeht, können die Anschraubflächen des Kontaktiermodules parallel zueinander verlaufen, oder bis um 90° zueinander gewinkelt zur Montagerichtung verlaufen.
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Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass das dort dargestellte Kontaktiermodul 10 eine Ummantelung 32 aufweist, welche das Stanzgitter 12 zumindest teilweise umgibt. Aus der Draufsicht gemäß 1 geht hervor, dass über die Ummantelung 32 hinausgehend eine Verschraubungsgeometrie 14 verläuft, die einen ersten Arm 28 sowie einen zweiten Arm 30 beispielsweise aufweisen kann. Ein jeder der Arme 28, 30 der Verschraubungsgeometrie 14 umfasst eine Öffnung 34, welche zur Verschraubung dient. Wie aus der Darstellung gemäß 1 hervorgeht ragen über die Ummantelung 32 des Stanzgitters 12 senkrecht zur zweiten Seite 20 desselben verlaufende Kontaktzungen 22, 24, 26 hinaus, welche dem Anschluss der vorzugsweise drei Phasen eines elektrischen Antriebes dienen.
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Der perspektivischen Darstellung gemäß 2 ist zu entnehmen, dass das Kontaktiermodul 10 bzw. dessen erste Seite 18 und dessen 2. Seite 20 miteinander einen 90°-Winkel einschließen. Während sich an der ersten Seite 18 des Kontaktiermodules 10 bzw. Stanzgitters 12 die Verschraubungsgeometrie 14 befindet, erstrecken sich ausgehend von der 2. Seite 20 des Kontaktiermodules 10 bzw. Stanzgitters 12 aus die Kontaktierzungen 22, 24, 26. Anstelle der Verteilung der Kontaktierzungen 22, 24, 26 an der 2. Seite 20 des Stanzgitters 12 kann auch eine andere Verteilung gewählt werden, als in der Darstellung gemäß 2 dargestellt ist.
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Aus der perspektivischen Wiedergabe gemäß 2 lässt sich des weiteren entnehmen, dass die beiden Arme 28, 30 der Verschraubungsgeometrie 14 jeweils ummantelungsfreie Bereiche 50 bzw. 52 aufweisen. Die ummantelungsfreien Bereiche 50 bzw. 52 ermöglichen bei der Montage des Elektronikmodules an einer Hydraulikeinheit des Fahrzeuggetriebes einen Toleranzausgleich. Aufgrund des Umstandes, dass das Stanzgitter 12 des Kontaktiermoduls 10 nur teilweise von der Ummantelung 32 umgeben ist und sich demzufolge die ummantelungsfreien Bereiche 50 bzw. 52, d. h. die Arme 28, 30 ausbilden, die elastische Eigenschaften aufweisen, besteht die Möglichkeit, dass das Stanzgitter 12 bei der Montage verformbar bleibt. Die Verformbarkeit der ummantelungsfreien Bereiche 50 bzw. 52 des in diesen Bereichen als Blattfeder fungierenden Stanzgitters 12 kann im plastischen oder im elastischen Bereich liegen. Toleranzen in radialer Richtung können durch Spiel innerhalb der Verschraubungsgeometrie 14 ausgeglichen werden; ein axialer Toleranzausgleich ist dadurch möglich, dass die ummantelungsfreien Bereiche 50 bzw. 52 des Stanzgitters 12 elastisch verformbar bleiben. Durch die vorgeschlagene Lösung können die Anschraubflächen, d. h. die erste Seite 18 und die zweite Seite 20 in die Montage begünstigender Weise in beliebiger Orientierung liegen, angedeutet in 2 durch die 90°-Abwinklung, vergleiche Position 16.
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Der Draufsicht gemäß 3 ist in vergrößertem Maßstab ein Teil der Verschraubungsgeometrie, ein ummantelungsfreier Bereich zu entnehmen.
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Bei dem in 3 dargestellten umspritzungsfreien Bereich, handelt es sich um den zweiten umspritzungsfreien Bereich 52, der sich am zweiten Arm 30 der Verschraubungsgeometrie 14 des Kontaktiermoduls 10 befindet. Wie der Draufsicht gemäß 3 entnommen werden kann, weist der zweite Arm 30 einen in der Darstellung gemäß 3 umlaufend ausgebildeten Kragen 38 auf. Der Kragen 38 ist senkrecht zur Zeichenebene in einer Kragenhöhe 48 ausgebildet.
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Der umlaufend ausgebildete Kragen 38 stellt einerseits einen Spanschutz dar, um zu verhindern, dass metallische Späne, die im Getriebefluid schwimmen, im Bereich der Verschraubungsgeometrie 14 Kurzschlüsse verursachen.
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Aus der Darstellung gemäß 3 geht des weiteren hervor, dass der Kragen 38 eine durch einen Rand 36 begrenzte Öffnung 34, die im Stanzgitter 12 innerhalb der Verschraubungsgeometrie 14 am zweiten Arm 30 ausgebildet ist, umrahmt. In bevorzugter Ausführung stellt ein schmaler Bereich 40 im Stanzgitter 12 einen Biegebalken dar. Während der Kragen 38 den Spanschutz gewährleistet, ermöglich der schmalere Bereich 40 im Stanzgitter 12 aufgrund von dessen Elastizität im ummantelungsfreien Bereich 52 eine Vereinfachung der Montage des Kontaktiermodules 10, da die beiden Arme 28 bzw. 30 der Verschraubungsgeometrie 14 im Rahmen der Montage leichter verformbar sind und Montagetoleranzen leichter ausgeglichen werden können, ohne dass Spezialwerkzeuge erforderlich wären.
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Wird die Ummantelung 32 des Kontaktiermoduls 10 gemäß der Darstellung in 1 und 2 als Kunststoffumspritzung gefertigt, so kann in ein und demselben Arbeitsschritt, mit dem eine Umspritzung, die als Ummantelung 32 dient, gefertigt wird, auch der Kragen 38 in den ansonsten ummantelungsfreien Bereichen 50 bzw. 52 der Arme 28, 30 der Verschraubungsgeometrie 14 ausgebildet werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Ummantelung 32 auch so herzustellen, dass ein Stanzgitter 12, sei es eben sei es abgewinkelt ausgebildet, zunächst in eine Hälfte eines Kunststoffmaterials eingelegt wird, und die dieser gegenüberliegenden Hälfte mit der Kunststoffmaterialhälfte, in die das Stanzgitter 12 eingelegt ist, verbunden wird. Die Verbindung kann durch Vernietung Verschraubung oder Verstemmung oder dergleichen Fertigungsverfahren mehr ausgeführt werden.
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Der perspektivischen Darstellung gemäß 4 ist zu entnehmen, dass der in dieser Ausführungsvariante umlaufend ausgebildete Kragen 38, eine Innenseite 44 umfasst sowie eine Außenseite 46. Der Kragen 38 kann ununterbrochen ausgebildet sein; es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Kragen 38 aus einzelnen unterbrochenen Segmenten zu fertigen. Wie aus der perspektivischen Ansicht gemäß 4 hervorgeht, ist der Kragen 38 auf seiner Innenseite 44 höher, verglichen mit der Kragenhöhe an der Außenseite 46. Die Kragenhöhe 48 des Kragens 38 (vergleiche Darstellung gemäß 5) kann derart gewählt werden, dass die Kragenhöhe 48 entweder der Dicke der Ummantelung 32 entspricht, oder die Dicke der Ummantelung 32 übersteigt. Abhängig von gefordertem Spanschutz kann die Kragenhöhe 48 variiert werden.
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Der Darstellung gemäß 5 ist ein Schnitt durch den in den 3 und 4 dargestellten ummantelungsfreien Bereich der Verschraubungsgeometrie zu entnehmen.
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Wie 5 zeigt, findet sich im Material des Stanzgitters 12, d. h. im Boden des hier geschnitten dargestellten ummantelungsfreien Bereiches 50 bzw. 52, die Öffnung 34, welche durch den Rand 36 grenzt ist. Ebenso wie das Stanzgitter 12 im ummantelungsfreien Bereich 50 bzw. 52 geschnitten dargestellt ist, verhält es sich mit dem Kragen 38. Dieser beispielsweise aus Kunststoffmaterial angespritzte Kragen 38 weist eine Kragenhöhe 48 in Bezug auf seine Innenseite 44 auf, welche entsprechend dem Grad des gewünschten Spanschutzes ausgebildet ist. Der Kragen 38 vergleiche auch Darstellung gemäß 4, umfasst die Innenseite 44 und die Außenseite 46 wie auch in 4 dargestellt.
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Durch die vorstehend anhand der Figuren beschriebenen Varianten des Kontaktiermoduls 10 können Fertigungstoleranzen ausgeglichen und ein Toleranzausgleich bei der Montage des Kontaktiermoduls 10 erreicht werden. Der Toleranzausgleich wird im Wesentlichen dadurch erreicht, dass das Stanzgitter 12 im Bereich der Verschraubungsgeometrie 14 nicht vollständig ummantelt ist. Die Ummantelung 32 ist so bemessen, dass Bereiche 50 bzw. 52 des Stanzgitters 12 ummantelungsfrei bleiben und ähnlich einer Blattfeder wirken. Dadurch kann sich das Stanzgitter 12 bei der Montage ausreichend verformen, wobei die Verformung im elastischen oder im plastischen Bereich liegen kann.
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Hinzu kommt, dass den Spanschutzanforderungen an Getrieben, insbesondere automatischen Getrieben für Fahrzeuge, Rechnung getan wird, da an der Verschraubungsgeometrie 14 und den ummantelungsfreien Bereichen 50 bzw. 52 des Stanzgitters 12, die als Biegebalken 40 bzw. 42 fungieren, ein umlaufend ausgebildeter Kragen 38 vorgesehen ist. Der umlaufend ausgebildete Kragen 38 kann im gleichen Spritzvorgang wie die eigentliche Ummantelung 32 des Stanzgitters 12 sehr kostengünstig hergestellt werden. Je nach Grad des geforderten Spanschutzes, kann die Kragenhöhe 48 des umlaufend ausgebildeten Kragens 38 variiert werden. Der umlaufend ausgebildete Kragen 38 kann eben mit der Ummantelung 32 des Stanzgitters sein oder auch deutlich höher ausgebildet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004061818 A1 [0003]
- DE 10224687 A1 [0008]
