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Stand der Technik
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Zur Steuerung von diversen Anwendungen im Kraftfahrzeugbau sind elektronische Steuerungsmodule erforderlich. Die elektronischen Steuermodule enthalten eine elektronische Schaltungen, Sensoren, wenigstens eine Steckverbindung zum Anschluss an einen Fahrzeugkabelbaum und elektrische Schnittstellen zum Ansteuern von Aktuatoren. Zur Steuerung von modernen Automatikgetrieben sind elektronische Steuerungsmodule erforderlich, die in vielen Fällen im Inneren des Getriebegehäuses angeordnet sind. Hierbei werden die Steuermodule so verbaut, dass sie ganz oder teilweise von Getriebeöl bedeckt sind und Temperaturen von –40 °C bis +150 °C, die in derartigen Getrieben auftreten können, ausgesetzt sind. Um die empfindliche Elektronik vor dem aggressiven Getriebeöl oder einem sonstigen das Steuergerät umgebenden Medium oder Fluid zu schützen, wird die elektronische Schaltung in einem gegenüber dem Fluid dichten Gehäuse untergebracht. Fluide sind in der Regel Wasser, Öl oder sonstige, möglicherweise aggressive Substanzen.
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Aus der
DE 10 2007 029 913 A1 ist ein elektrisches Steuergerät mit einem Leiterbahnsubstrat bekannt, auf dem eine elektronische Schaltung angeordnet ist, die mehrere, über Leiterbahnen des Leiterbahnsubstrats untereinander verbundene elektrische Bauelemente umfasst. Die elektrischen Bauelemente sind hierbei mittels eines Gehäuseteils abgedeckt, wobei das Gehäuseteil an dem Leiterbahnsubstrat verbunden ist. Zur Abdichtung gegenüber dem das Steuergerät umgebende Fluid ist ein Dichtelement vorgesehen.
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Hierbei ist das Leiterplattensubstrat, das Gehäuseteil, sowie das Dichtelement derart auszulegen, dass ein Eindringen von das Steuergerät umgebendem Fluid zuverlässig verhindert ist. Insbesondere muss das elektronische Steuergerät derart gestaltet sind, dass es einem Druckunterschied zwischen dem von dem Leiterbahnsubstrat und dem Gehäuseteil begrenzten Innenraum und dem das Steuergerät umgebenden Außenraum widersteht. Gerade wenn das Steuergerät von Getriebeöl umgeben ist, könnte ein derartiger Druckunterschied das Getriebeöl in den Innenraum des Steuergerätes drücken. Der Druckunterschied zwischen dem gekapselten Innenraum und dem Außenraum ergibt sich beispielsweise durch natürliche Luftdruckschwankungen, die sich aufgrund von Wetter und/oder einer Höhe über Normalnull ergeben. Bei gleicher Höhe kann aufgrund von Tiefdruck- und Hochdrucklagen des Wetters der Druckunterschied bei etwa 200 mbar liegen. Werden die Steuergeräte beispielsweise mittels eines Flugzeugs transportiert, kann der Druckunterschied in 10.000 m Flughöhe bis zu 800 mbar betragen. Auch ist eine Ausdehnung des in dem Innenraum eingeschlossenen Gases aufgrund von Wärme zu berücksichtigen. Da sich ein Gas um 1/273 seines Volumens je Kelvin ausdehnt, stellt sich bei einer Erwärmung von 140 °C ein Überdruck von ca. 500 mbar im Innenraum gegenüber dem Außenraum ein. Da sich die einzelnen Druckunterschiede auch summieren können, können Druckunterschiede zwischen Innenraum und Außenraum von etwa 1 bar entstehen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es kann ein Bedürfnis bestehen, ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches zum einen gegenüber dem das Steuergerät umgebenden Fluid dicht ausgeführt ist und bei welchem zum anderen eine Druckdifferenz zwischen einem im Innenraum des Steuergerätes herrschenden Innendruck und einem auf das Steuergerät wirkenden Außendruck reduziert ist.
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Das Bedürfnis kann befriedigt werden durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem ersten Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung wird ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Das Steuergerät weist einen Schaltungsträger mit miteinander elektrisch leitfähig verbundenen elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen und eine an dem Schaltungsträger fluiddicht verbundene Deckelstruktur auf. Der Schaltungsträger und die Deckelstruktur begrenzen einen Innenraum, wobei die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente in den Innenraum ragen. Der Schaltungsträger und wenigstens eine außerhalb des Innenraums angeordnete elektrische und/oder elektronische Komponente sind miteinander elektrisch leitfähig verbindbar. Die Deckelstruktur und/oder der Schaltungsträger weist mindestens einen Teilbereich auf, wobei der wenigstens eine Teilbereich zumindest in einer Richtung reversibel im Wesentlichen widerstandsfrei verformbar ist.
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Durch den verformbaren Teilbereich der Deckelstruktur und/oder des Schaltungsträgers kann gewährleistet werden, dass ein in dem Innenraum eingeschlossenes Fluid sich aufgrund von Druckeinwirkungen oder Wärmeinwirkungen ausdehnen oder zusammenziehen kann. Hierbei können die Deckelstruktur und/oder der Schaltungsträger das Erscheinungsbild reversibel verändern. In idealer Weise ist der Druckunterschied zwischen dem Innenraum und einem das Steuergerät umgebenden Außenraum Null. Da jedoch die zur Verwendung geeigneten Materialien alle eine gewisse Eigenstabilität aufweisen, kann das Material, respektive der Teilbereich, letztlich nicht vollständig widerstandsfrei verformt werden. Aufgrund einer derartigen Ausgestaltung lassen sich Steuergeräte preisgünstiger herstellen als dies bisher möglich war. Bisher musste der Innenraum des Steuergeräts auch einem Druckunterschied bis zu 1 bar standhalten, ohne dass das das Steuergerät umgebende Fluid in den Innenraum gelangen konnte. Die Deckelstruktur und/oder der Schaltungsträger kann derart gestaltet sein, dass eine Ausdehnung oder ein Zusammenziehen des sich in dem Innenraum befindenden Fluids in jeder Richtung möglich ist. Vorzugsweise wird jedoch die Deckelstruktur und/oder der Schaltungsträger derart gestaltet sein, dass sie durch ihre Verformung die Ausdehnung oder das Zusammenziehen des sich im Innenraum befindenden Fluids in eine Richtung lenkt, die im Wesentlichen senkrecht auf einer den elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen zugewandten Oberfläche des Schaltungsträgers steht. Die fluiddichte Verbindung der Deckelstruktur an dem Schaltungsträger kann beispielsweise durch die Anordnung eines Dichtungselements erfolgen.
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Dieses Dichtungselement kann beispielsweise an einem der Oberfläche des Schaltungsträgers zugewandten Teilbereich der Deckelstruktur in Form einer thermoplastischen Dichtung angespritzt sein. Das Dichtungselement kann auch ein selbständiges Bauelement sein, welches während der Montage des Steuergerätes eingelegt wird. Das Dichtungselement kann als Flachdichtung mit einem im Wesentlichen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt ausgeführt sein. Auch kann das Dichtungselement als Formdichtung mit im Wesentlichen im Querschnitt beliebiger Ausgestaltung ausgeführt sein. Ferner kann das Dichtungselement auch als ein Hohlkörper ausgestaltet sein. Um einen entsprechenden Anpressdruck auf das Dichtungselement ausüben zu können, kann die Deckelstruktur mittels Verbindungselementen wie beispielsweise Schrauben oder Nieten an dem Schaltungsträger verbunden sein. Wenn die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente an der Oberseite und einer Unterseite des Schaltungsträgers angeordnet werden, können an dem Schaltungsträger auch zwei Deckelstrukturen fluiddicht verbunden werden, die die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente vor dem das Steuergerät umgebenden Fluid schützen. Die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten, mit denen der Schaltungsträger elektrisch leitfähig verbindbar ist, können beispielsweise Sensoren, Aktuatoren, Klemm- oder Steckkontakte sein. Die Deckelstruktur kann beispielsweise aus einer Metallfolie hergestellt sein. Als Metall kommen beispielsweise Aluminium und dessen Legierungen, Stahl und auch Titan und dessen Legierungen in Betracht. In besonderen Einsatzfällen kann auch Kupfer und dessen Legierung verwendet werden. Gerade die Ausgestaltung der Deckelstruktur mit der Metallfolie erlaubt zum einen, dass sich das in dem Innenraum befindenden Fluid ausdehnen und zusammenziehen kann, so dass eine Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und dem Außenraum von nahezu Null bestehen kann. Weiterhin verhindert die Metallfolie eine Diffusion von die Metallfolie umgebenden Medien, so dass ein Hineindiffundieren von möglicherweise die Elektronik gefährdenden Substanzen von dem Außenraum in den Innenraum vermieden ist. Weiterhin kann die Verwendung der Metallfolie als Deckelstruktur eine elektrostatische Aufladung des Steuergerätes verhindern. Auch bildet die Ausgestaltung der Gehäusestruktur mittels einer Metallfolie aufgrund deren Steifigkeit einen Berührschutz für die von der Deckelstruktur umgebenden elektrischen und/oder elektronischen Baueinheiten gegenüber einem Finger einer Person oder auch einem Werkzeug. Auch kann der Schaltungsträger derart gestaltet sein, dass er sich zu der außerhalb des Innenraums angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Komponente erstreckt. Hierbei kann die elektrische und/oder elektronische Komponente an den oder mit dem Schaltungsträger elektrisch leitfähig verbunden sein.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel ist der Innenraum zumindest teilweise mit einem Fluid gefüllt.
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Das Fluid kann fest, gasförmig oder flüssig sein. Das Fluid kann derart gewählt sein, dass es mit den elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen nicht chemisch reagiert. Wenn das Fluid gasförmig gewählt ist, wird bevorzugt Schutzgas eingesetzt werden, wie beispielsweise Argon oder Stickstoff. Insbesondere kann bei Einsatz von Schutzgas die Leitfähigkeit in der Umgebung von elektrischen Bauteilen, welche als Schaltkontakte ausgebildet sind, herabgesetzt werden, wobei dies einer Funkenlöschung dient. Wenn das Fluid flüssig gewählt ist, kann beispielsweise Öl, welches gut wärmeleitfähig ausgestaltet sein kann, eingesetzt werden. Sowohl flüssige als auch gasförmige Medien bieten den Vorteil, dass sie auch leicht hinter Hinterschneidungen gelangen können, die durch eine Ausformung der elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente bedingt sein können. Somit kann Feuchtigkeit, die möglicherweise zu einer Oxidation führen kann, von den Bauteilen und dem Schaltungsträger ferngehalten werden.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist das Fluid ein Gel.
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In der Regel wird ein niedrigviskoses Gel gewählt werden, so dass das Gel auch hinter Hinterschneidungen gelangen kann. Ein Einfüllen wird in der Regel durch eine erste verschließbare Öffnung stattfinden, wobei durch eine zweite ebenfalls verschließbare Öffnung das sich in dem Innenraum befindende Gas, welches in der Regel Luft sein wird, aus dem Innenraum entweichen kann. Es ist nicht notwendig, dass der Innenraum vollständig mit Gel gefüllt ist. Dies wäre zwar wünschenswert, ließe sich jedoch möglicherweise nur mit erhöhtem Aufwand realisieren. Eine vollständige Füllung des Innenraums mit Gel würde die Verformung des Innenraums, respektive der Deckelstruktur, auf die Ausdehnung und das Zusammenziehen des Gels unter Druck und/oder Temperatur reduzieren. Der Ausdehnungskoeffizient von Gel ist sehr viel geringer als der von Gas. Auch kann das Gel bei einem Druckunterschied von etwa 1 bar im Wesentlichen als inkompressibel angesehen werden. Damit erfolgt bei gleichen Umgebungsbedingungen eine geringere Verformung der Deckelstruktur, wenn der Innenraum mit Gel gefüllt ist als wenn er mit Gas gefüllt wäre. Die Viskosität des Gels kann derart gewählt sein, dass die Bauelemente zumindest nahezu gasfrei durch das Gel umschlossen sind. Auch kann die Viskosität des Gels derart gewählt sein, dass Gasblasen, die beim Einbringen des Gels in den Innenraum in das Gel möglicherweise eingeschlossen werden, selbständig aus dem Gel heraussteigen können. Somit kann das Gas lediglich ein Polster zwischen dem Gel und einem Teilbereich der Deckelstruktur bilden. Da bei einer Erwärmung des Steuergerätes um 140 °C der Innenraum mit einer reinen Gasfüllung um etwa 50 % sein Volumen ausdehnt, kann diese Ausdehnung durch zumindest teilweises Ersetzen der Gasfüllung durch das Gel reduziert werden. Typischerweise verbleibt in dem Innenraum nach der Gelfüllung lediglich so viel Luft, dass bei einer Erwärmung um 140 °C sich das Volumen des Innenraums im Bereich von etwa 1 % bis etwa 10 % ändern wird. Das Gel ist zusätzlich derart gewählt, dass es eine Diffusionssperre darstellt, so dass möglicherweise aggressive Substanzen von dem Außenraum nicht durch die Deckelstruktur diffundieren und möglicherweise die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente schädigen können.
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Gemäß einem weitern Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung sind die Deckelstruktur und der Schaltungsträger aneinander geklebt.
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In der Regel wird der verwendete Klebstoff elastische Komponenten enthalten, damit eine Relativbewegung zwischen dem Schaltungsträger und der Deckelstruktur möglich ist, wenn der Schaltungsträger und die Deckelstruktur unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Natürlich ist der gewählte Klebstoff gegenüber dem das Steuergerät umgebenden Fluid langzeitstabil. Insbesondere, wenn das Steuergerät in einem Automatikgetriebe eines modernen Kraftfahrzeugs angeordnet ist, wird der Klebstoff derart gewählt sein, dass er die Lebensdauer des Automatikgetriebes nicht begrenzt. In bevorzugter Weise werden Klebstoffe auf Epoxidharzbasis verwendet. Für andere Anwendungsfälle, wenn also der Klebstoff nicht mit dem Automatikgetriebeöl in Berührung kommt, können auch andere Klebstoffe wie beispielsweise Klebstoffe auf Silikonharzbasis verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel ist der wenigstens eine Teilbereich des Steuergerätes als Faltenbalg ausgebildet.
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Insbesondere der Faltenbalg bietet den Vorteil, dass er die Ausdehnungsrichtung des Fluids, mit dem der Innenraum gefüllt ist, zumindest weitestgehend vorgibt. In der Regel wird zur Erzeugung des Faltenbalgs das Material der Deckelstruktur in Wirkrichtung des Faltenbalgs gefaltet. Wenn nun beispielsweise die Deckelstruktur eine die Bauelemente umgebende Seitenwandung und einen dem Schaltungsträger gegenüberliegenden Deckel aufweist, kann beispielsweise der Faltenbalg in die Seitenwandung integriert werden, so dass sich lediglich der Deckel bei einem Ausdehnen oder Zusammenziehen des Fluids, mit dem der Innenraum gefüllt ist, in seiner Position bezüglich dem Schaltungsträger verändert. Natürlich kann der Faltenbalg auch in den Schaltungsträger integriert werden.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist der wenigstens eine Teilbereich des Steuergeräts als Membran ausgebildet.
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Insbesondere, wenn die Deckelstruktur starr und die Leiterplatte flexibel ausgestaltet ist, kann ein als Membran ausgestalteter Teilbereich in die flexible Leiterplatte integriert werden. Beispielsweise kann die Membran zwischen benachbarten Leiterbahnen integriert werden. Natürlich können auch Teilbereiche in der Deckelstruktur als Membran ausgestaltet sein.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist die Deckelstruktur aus einem zumindest teilweise mit Metall beschichteten Kunststoff gefertigt.
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Eine aus Kunststoff gefertigte Deckelstruktur erlaubt es, die Deckelstruktur besonders preisgünstig herzustellen. Auch lässt sich ein Faltenbalg in eine derart gefertigte Deckelstruktur auf einfache Weise integrieren. Die Deckelstruktur kann beispielsweise als Spritzgussteil, Tiefziehteil oder Blasformteil gefertigt sein. Gerade, wenn die Deckelstruktur aus einem Thermoplast wie beispielsweise Polypropylen oder Polyethylen hergestellt ist, kann die Deckelstruktur auf besonders einfache Weise aus Blasformen hergestellt sein. Insbesondere bei dem Einsatz von Blasformen lässt sich in besonders einfacher Weise der Faltenbalg ausformen. Die Metallbeschichtung verhindert zum einen, dass sich die verwendeten Kunststoffe elektrostatisch aufladen können und zum anderen, dass möglicherweise korrosive Gase durch die Kunststoffe diffundieren können. Die Metallbeschichtung kann auf die ausgeformte Deckelstruktur aufgetragen werden.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist die Deckelstruktur des Steuergerätes eine formstabile, an dem Schaltungsträger fluiddicht verbundene Seitenwandstruktur auf, wobei die Seitenwandstruktur die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente umgibt. Mit der Seitenwandstruktur ist der wenigstens eine verformbare Teilbereich fluiddicht verbunden, wobei der wenigstens eine verformbare Teilbereich als Membran ausgebildet ist.
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In diesem Ausgestaltungsbeispiel überspannt die Membran die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente dachartig. Die Membran kann beispielsweise aus Kunststoff, Metall oder einem Elastomer, wie beispielsweise Gummi ausgestaltet sein. Damit die Membran sich gut an den zwischen dem Innenraum und dem das Steuergerät umgebenden Außenraum bestehenden Druckunterschied anpassen kann, wird die Membran in der Regel als Folie gefertigt sein. In besonders vorteilhafter Art wird die Membran als eine zumindest teilweise metallbeschichtete, auch metallisiert genannt, Kunststofffolie ausgestaltet sein. Die Membran kann an die Seitenwandstruktur beispielsweise durch Schweißen oder Kleben verbunden sein. Auch kann die Membran an der Seitenwandstruktur entweder an ihrer Außenseite oder an ihrer Innenseite oder an einem von dem Schaltungsträger abgewandten Rand der Seitenwandstruktur fluiddicht verbunden sein. Auch kann die Membran an die Seitenwandstruktur geklemmt sein, wobei dann die Membran vorzugsweise mit einem Dichtelement ausgestattet ist. Das Dichtelement kann an die Membran angespritzt sein. Dieses Dichtelement kann das Eindringen des das Steuergerät umgebenden Fluids in den Innenraum verhindern.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist die Deckelstruktur als Membran ausgebildet.
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Hierbei wird die Membran beispielsweise mittels Klebung direkt an den Schaltungsträger verbunden unter Verzicht von eigenstabilen Strukturen in der Deckelstruktur. Idealerweise ist die Membran biegeschlaff ausgeführt. In diesem Ausgestaltungsbeispiel werden die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente durch die Membran zeltartig überspannt.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist eine formstabile Gitterstruktur zwischen den elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen und der Membran angeordnet.
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Die Öffnungen in der Gitterstruktur sind derart gewählt, dass ein sogenannter Normfinger nicht durch die Gitterstruktur hindurch bis zu den elektrischen Bauelementen gelangen kann. Die Gitterstruktur kann mit der Seitenwandstruktur der Deckelstruktur unlösbar verbunden sein. Auch kann die Gitterstruktur becher- oder schalenförmig ausgebildet sein, und direkt an den Schaltungsträger beispielsweise mittels einer Verklebung unlösbar verbunden sein. Durch die Gitterstruktur werden die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente dachartig oder zeltartig überspannt. Auch besitzt die Gitterstruktur eine Widerstandskraft gegenüber den Normfinger, so dass die Gitterstruktur mit etwa 10 kg belastet werden kann, ohne dass der Normfinger die Gitterstruktur an die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente drücken könnte. Die Gitterstruktur kann aus Metall oder Kunststoff gefertigt sein. Insbesondere in Verbindung mit der biegeschlaffen Membran wird somit erreicht, dass sich das in dem Innenraum befindliche Fluid nahezu widerstandsfrei auch durch die Öffnungen der Gitterstruktur hindurch ausdehnen kann. Insbesondere in Verbindung mit der oben dargestellten Gelfüllung vergrößert sich das Volumen des Innenraums bei einer Erwärmung um 140 °C lediglich in einem Bereich von 1 % bis 10 %. Da die Folie leicht verformbar ist, wird durch das Gitter vermieden, dass die Membran mittels des Fingers einer Person an die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile gedrückt werden kann.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist die Membran des Steuergerätes als metallisierte Kunststofffolie ausgebildet.
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Die Ausbildung der Membran als Kunststofffolie stellt sicher, dass die Membran nahezu biegeschlaff ausgeführt werden kann. Die zusätzliche Metallisierung oder auch Metallbeschichtung der Membran, die auch nur in Teilbereichen ausgeführt sein kann, kann sicherstellen, dass sich der Kunststoff elektrostatisch nicht aufladen kann. Weiterhin kann die Metallisierung verhindern, dass möglicherweise korrosive Substanzen von dem das Steuergerät umgebenden Fluid in den Innenraum diffundieren können.
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Es wird angemerkt, dass Gedanken zu der Erfindung hierin im Zusammenhang mit einem Steuergerät für ein Kraftfahrzeug beschrieben sind. Einem Fachmann ist hierbei klar, dass die einzelnen beschriebenen Merkmale auf verschiedene Weise miteinander kombiniert werden können, um so auch zu anderen Ausgestaltungen der Erfindung zu gelangen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
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1 zeigt ein Steuergerätes mit einem Schaltungsträger und einer an den Schaltungsträger verbundenen Deckelstruktur, die gemäß einem ersten Ausgestaltungsbeispiel einen verformbaren, als Faltenbalg ausgebildeten, Teilbereich in der Deckelstruktur umfasst, im Querschnitt;
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2 zeigt das aus 1 bekannte Steuergerät, bei dem gemäß einem zweiten Ausgestaltungsbeispiel der verformbare Teilbereich der Deckelstruktur durch eine Membran gebildet ist, im Querschnitt;
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3 zeigt das aus 1 bekannte Steuergerät, bei dem gemäß einem dritten Ausgestaltungsbeispiel die Deckelstruktur durch eine Membran gebildet ist, im Querschnitt; und
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4 zeigt das aus 1 bekannte Steuergerät, bei dem gemäß einem vierten Ausgestaltungsbeispiel der Schaltungsträger einen als Membran ausgebildeten Teilbereich aufweist, im Querschnitt.
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Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
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1 zeigt ein erstes Ausgestaltungsbeispiel eines Steuergerätes 2 für ein Kraftfahrzeug im Querschnitt. Das Steuergerät 2 besitzt einen Schaltungsträger 4 und eine Deckelstruktur 6. Hierbei begrenzen der Schaltungsträger 4 und die Deckelstruktur 6 einen Innenraum 8. An einer dem Innenraum 8 zugewandten Oberfläche 10 des Schaltungsträgers 4 sind elektrische und/oder elektronische Bauelemente 12 angeordnet, die in den Innenraum 8 ragen. Die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente 12 sind miteinander elektrisch leitfähig verbunden. Dies kann beispielsweise mittels Bonddrähten 14 erfolgen. Der Schaltungsträger 4 erstreckt sich zu wenigstens einer außerhalb des Innenraums 8 angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Komponente 100. Die wenigstens eine elektrische und/oder elektronische Komponente 100 und der Schaltungsträger 4 sind miteinander elektrisch leitfähig verbindbar. Die Deckelstruktur 6 ist an den Schaltungsträger 4 mittels einer Verklebung 16 unlösbar und fluiddicht verbunden. Die Fluiddichtigkeit bezieht sich sowohl auf ein sich in dem Innenraum 8 befindlichen Fluid als auch ein außerhalb des Steuergeräts 2 vorhandenes Fluid. Die Deckelstruktur 6 besitzt an einer Seitenwandstruktur 26 einen verformbaren Teilbereich 18, der als Faltenbalg 20 ausgebildet ist. Der Faltenbalg 20 gewährleistet, dass sich beispielsweise unter Wärmeeinwirkung das sich in dem Innenraum befindliche Fluid ausdehnen oder zusammenziehen kann und hierbei das durch den Innenraum 8 eingenommene Volumen sich im Wesentlichen in nur einer Richtung verändern kann. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel dehnt sich das Volumen und damit die Deckelstruktur 6 in einer als Doppelpfeil dargestellten Richtung Z aus, wobei die Richtung Z im Wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche 10 des Schaltungsträgers 4 steht. Der Innenraum 8 kann lediglich mit Luft oder auch einem inerten Gas gefüllt sein. In dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Innenraum größtenteils mit einem niedrigviskosen Gel 22 gefüllt. Zwischen dem Gel 22 und Deckelstruktur 6 ist dem Schaltungsträger 4 gegenüberliegend ein Luftpolster 24 ausgebildet. Das niedrigviskose Gel 22 wird durch eine hier nicht dargestellte, erste verschließbare Öffnung in den Innenraum gebracht. Durch eine zweite verschließbare Öffnung, die ebenfalls nicht dargestellt ist, kann die sich im Innenraum 8 befindende Luft den Innenraum 8 verlassen. Die Öffnungen können in dem Schaltungsträger 4 und/oder der Deckelstruktur 6 angeordnet sein und den Innenraum 8 mit einem das Steuergerät 2 umgebenden Außenraum 120 verbinden. Die Konsistenz des Gels 22 ist derart gewählt, dass das Gel 22 die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente 12 vollständig umgibt und weiterhin möglicherweise bei der Einbringung des Gels 22 in den Innenraum 8 in dem Gel 22 vorhandene Luftblasen aus dem Gel 22 hin in das verbleibende Luftpolster 24 entweichen können. Über den Faltenbalg 20 ist also sichergestellt, dass, wenn das Steuergerät 2 mit Wärme beaufschlagt wird, sich die Deckelstruktur 6 sowie das Volumen des Innenraums 8 sich im Wesentlichen lediglich entlang der Richtung Z bewegen. In dem hier vorliegenden Ausgestaltungsbeispiel ist die Deckelstruktur 6 aus Kunststoff gefertigt. Um sicherzustellen, dass sich während der Volumenänderung des Innenraumes 8 die Deckelstruktur 6 zumindest im Wesentlichen lediglich in Richtung Z bewegt, ist eine Wandstärke des Faltenbalgs 20 kleiner ausgeführt als die restliche Deckelstruktur 6 selbst. Weiterhin ist die Deckelstruktur 6 vollständig metallisiert. Die Metallisierung verhindert zum einen eine elektrostatische Aufladung der aus Kunststoff gefertigten Deckelstruktur 6. Zum anderen verhindert die Metallisierung, dass eventuell gegenüber den elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen 12 aggressive Substanzen durch die Deckelstruktur 6 diffundieren können. Auch das Gel 22 verhindert, dass korrosive Substanzen an die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente 12 gelangen können. Natürlich kann auch die gesamte Deckelstruktur 6 aus einer Metallfolie gefertigt sein, wobei die Metallfolie beispielsweise aus Aluminium oder dessen Legierungen, Stahl, Titan oder dessen Legierung besteht.
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Wenn der Innenraum 8 lediglich mit Gas gefüllt wäre und das Steuergerät 2 um etwa 140°C erwärmt würde, würde sich das Volumen um etwa 50 % ausdehnen. Durch ein Ersetzen der in dem Innenraum vorhandenen Luft durch das Gel 22 kann die Ausdehnung bei gleicher Erwärmung auf etwa 1 – 10 Volumenprozent gesenkt werden. Weiterhin stellt der Faltenbalg 18 sicher, dass sich ein im Innenraum 8 befindlicher Druck im Wesentlichen an einen außerhalb des Innenraumes 8 anliegenden Druck angleichen kann. Der Druckunterschied zwischen dem Druck im Innenraum und dem Druck des das Steuergerät 2 umgebenden Außenraumes 120 ist idealerweise Null.
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2 zeigt ein weiteres Ausgestaltungsbeispiel des aus 1 bekannten Steuergerätes 2. Hierbei besteht die Deckelstruktur 6 aus der Seitenwandstruktur 26, welche die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente 12 zylinderförmig umgibt. Diese Seitenwandstruktur 26, die eigenstabil aus Kunststoff ausgebildet ist, ist an den Schaltungsträger 4 mittels der Verklebung 16 fluiddicht verbunden. Der Innenraum 8 wird begrenzt durch den Schaltungsträger 4, die Seitenwandstruktur 26 und eine Membran 28, welche in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als eine metallisierte Kunststofffolie ausgeführt ist. Die Membran 28 ist mit einem Rand 27 der Seitenwandstruktur 26 fluiddicht verbunden, wobei der Rand 27 die Seitenwandstruktur 26 an ihrer von dem Schaltungsträger 4 abgewandten Seite begrenzt. Die Membran 28 ist an der Seitenwandstruktur 26 mittels Schweißens fluiddicht verbunden. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Innenraum 8 mit Gas 34 gefüllt, wobei das Gas 34 ein Inertgas ist. Wenn nun das Steuergerät 2 um etwa 140°C erwärmt wird, so dehnt sich der Innenraum 8 um etwa 50 Volumenprozent aus. Durch die eigenstabile Ausgestaltung der Seitenwandstruktur 26 und der Membran 28 als biegeschlaffe Folie wird sichergestellt, dass sich das Volumen in die Richtung Z ausdehnt. Um zu vermeiden, dass ein Gegenstand, insbesondere ein Finger einer Serviceperson die Membran 28 bis zu den elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen 12 hindurchdrücken kann, ist zwischen den elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen 12 und der Membran 28 parallel zu dem Schaltungsträger 4 eine Gitterstruktur 30 angeordnet, die mit der Seitenwandstruktur 26 unlösbar verbunden ist. Die Gitterstruktur 30 besitzt Öffnungen 32, die derart gewählt sind, dass ein Normfinger nicht durch diese Öffnungen 32 hindurch zu den elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen 12 gelangen kann. Auch hier stellt die Membran 28 sicher, dass ein im Außenraum 120 herrschender Druck im Wesentlichen gleich ist dem im Innenraum 8 herrschenden Druck.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des aus 1 bekannten Steuergerätes 2. Hier ist die gesamte Deckelstruktur 6 als Membran 28 ausgebildet. Die Membran 28 besteht auch hier aus einer im Wesentlichen biegeschlaff ausgebildeten, metallisierten Kunststofffolie. Die Membran 28 ist an den Schaltungsträger 4 mittels der Verklebung 16 fluiddicht verbunden. Auch hier ist zwischen der Membran 28 und den elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen 12 eine Gitterstruktur 30 eingesetzt, wobei die Gitterstruktur 30 becherartig oder schalenartig ausgestaltet ist. Auch hier werden die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente 12 davor geschützt, dass die Membran 28 zu diesen hingedrückt werden kann. Dementsprechend sind die Öffnungen 32 in der Gitterstruktur 30 kleiner ausgeführt als ein Normfinger. Durch die becherartige oder schalenartige Ausgestaltung der Gitterstruktur 30 wird ein umlaufender Rand 37 erzeugt, wobei der Rand 37 an den Schaltungsträger 4 mittels einer weiteren Verklebung 36 verbunden ist. Diese weitere Verklebung 36 besitzt andere Anforderungen als die Verklebung 16, da die weitere Verklebung 36 lediglich mit dem sich in dem Innenraum 8 befindlichen Fluid kontaktiert ist. In dem hier dargestellten Ausgestaltungsbeispiel ist der Innenraum 8 mit dem aus 1 bekannten niedrigviskosen Gel 22 gefüllt, wobei auch hier zwischen der Membran 28 und dem Gel 22 das Luftpolster 24 ausgebildet ist. Das Einbringen des Gels 22 in den Innenraum 8 erfolgt hier vorzugsweise durch in dem Schaltungsträger 4 ausgebildete und hier nicht dargestellte, verschließbare Öffnungen.
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4 zeigt das 1 bekannte Steuergerät 2, bei dem nun der reversibel und im Wesentlichen widerstandsfrei verformbare Teilbereich 18 als eine zwischen elektrischen Leiterbahnen des als flexible Leiterplatte ausgebildeten Schaltungsträgers 4 angeordnete Membran 28 ausgebildet ist. In dem vorliegenden Ausgestaltungsbeispiel ist die Deckelstruktur 6 starr ausgebildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007029913 A1 [0002]
