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Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Insbesondere bezieht sich die Steuervorrichtung auf die Messung eines Luftdrucks.
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Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Dieser Anwendungsfall ist lediglich beispielhaft und nicht als einschränkend für die Erfindung zu betrachten.
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Zur Messung des Luftdrucks werden in Steuergeräten von Fahrzeugen Drucksensoren eingesetzt. Die Kenntnis über den gegebenen Luftdruck ist beispielsweise für die Regulierung eines Luft-Kraftstoffgemisches erforderlich. Der als SMD(Surface Mounted Device)-Bauteil ausgebildete Drucksensor wird typischerweise auf einer Leiterplatte angeordnet, welche von einem Gehäuse des Steuergeräts umgeben ist. In der Regel ist das Gehäuse des Steuergeräts dicht ausgeführt. Um eine Messung des Luftdrucks außerhalb des Gehäuses zu ermöglichen, ist in dem Gehäuse eine Öffnung vorgesehen. Um die elektronische Schaltung auf der Leiterplatte vor Feuchtigkeit zu schützen, wird die Öffnung mit einem Druckausgleichselement, beispielsweise einer Membran, verschlossen. Darüber hinaus kann noch ein Deckel als mechanischer Schutz vor dem Druckausgleichselement vorgesehen sein.
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Eine Messung des Luftdrucks außerhalb des Steuergeräts erfolgt bei bekannten Steuergeräten im Inneren des Steuergeräts. Hierdurch und durch das Erfordernis, das Gehäuse gegenüber Umgebungseinflüssen zu schützen, ergibt sich ein mechanisch komplexer Aufbau des Steuergeräts. Hieraus resultiert ein hoher Montageaufwand mit hohen Fertigungskosten.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, anzugeben, welche einen einfachen konstruktiven Aufbau bei gleichzeitig erhöhter Präzision der Messung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuervorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Die Erfindung schafft eine Steuervorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Diese umfasst eine Leiterplatte und einen Sensor, insbesondere einen Drucksensor, welcher in einer Kavität der Leiterplatte angeordnet ist. Die Steuervorrichtung umfasst weiter ein Gehäuse, in welchem die Leiterplatte angeordnet ist, wobei ein den Sensor umfassender Abschnitt der Leiterplatte durch eine Öffnung des Gehäuses geführt ist, so dass der Abschnitt außerhalb des Gehäuses zum Liegen kommt. Die Steuervorrichtung umfasst ferner eine Abdeckung mit einer Ausnehmung, in welcher der Abschnitt mit dem Sensor aufgenommen ist, wobei die Abdeckung derart ausgebildet ist, dass die Umgebungsbedingungen in der Ausnehmung den Umgebungsbedingungen außerhalb des Gehäuses entsprechen.
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Dadurch, dass bei einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung der Sensor nicht innerhalb des Gehäuses, sondern außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, kann einerseits eine präzisere Messung vorgenommen werden. Andererseits ermöglicht es dieser konstruktive Aufbau, die Steuervorrichtung mit einer geringeren Anzahl an Einzelteilen bereitzustellen. Hierdurch lässt sich auch die Montage vereinfachen. Als Resultat hiervon können die Kosten für die Herstellung der Steuervorrichtung gesenkt werden. Durch die Abdeckung ist ferner sichergestellt, dass der in dem aus dem Gehäuse herausgeführten Abschnitt angeordnete Sensor vor mechanischen Beschädigungen und unmittelbaren Umgebungseinflüssen geschützt ist. Hierdurch ist eine lang andauernde Funktion des Sensors und der Steuervorrichtung gewährleistet.
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Insbesondere handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung um ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, welches einen durch den Sensor erfassten Umgebungsdruck für die Regulierung eines Luft-Kraftstoffgemisches heranzieht.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Sensor als sog. „bare die“ in der Kavität der Leiterplatte angeordnet. Dadurch, dass im Gegensatz zu herkömmlichen Steuervorrichtungen kein SMD-Sensor verwendet werden braucht, kann der Sensor kostengünstiger bereitgestellt werden.
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Insbesondere kann auch die Herstellung der elektronischen Schaltung vereinfacht werden, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung die Leiterplatte aus zumindest drei Lagen besteht und der bare die in die Kavität der Leiterplatte laminiert ist.
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Um das Eindringen von Feuchtigkeit in die Kavität des Leiterplattenabschnitts zu verhindern und den Sensor vor einem Defekt zu schützen, ist es weiterhin zweckmäßig, wenn die Kavität mit einer gasdurchlässigen Membran abgedichtet ist. Beispielsweise kann hierzu eine Goretex-Membran verwendet werden.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn in der Kavität ausschließlich der Sensor angeordnet ist. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Größe der Kavität an die Größe des Sensors angepasst ist. Aufgrund des kleinen Volumens der Kavität, in welcher der Sensor angeordnet ist, kann dann eine schnelle Anpassung des im Inneren der Kavität herrschenden Luftdrucks an den Luftdruck der Umgebung außerhalb des Gehäuses erzielt werden. Insbesondere ist damit eine Druckerfassung schneller möglich als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen, bei denen das Gehäuse ein vergleichsweise großes Volumen im Inneren aufweist.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Abdeckung kein separates Bauteil, sondern ein an sich vorhandenes Teil der Steuervorrichtung ist. Beispielsweise kann die Abdeckung Teil des Gehäuses sein. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Abdeckung Teil eines Steckers ist, über den auf und/oder in der Leiterplatte angeordnete elektronische Bauelemente einschließlich des Sensors kontaktierbar sind. Insbesondere die Ausgestaltung, bei der die Abdeckung Teil eines Steckers ist, ermöglicht eine einfache und schnelle Montage, da der Schutz des Sensors durch den von Haus aus vorzusehenden und an dem Gehäuse zu befestigenden Stecker bewerkstelligt werden kann.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Öffnung, durch die der Abschnitt der Leiterplatte aus dem Gehäuse herausgeführt ist, mit einer Dichtung versehen ist. Hierdurch kann die Dichtigkeit der elektronischen Komponenten im Inneren des Gehäuses sichergestellt werden. Vorzugsweise werden als Dichtungen gespritzte (dispenste) Dichtungen eingesetzt. Prinzipiell ist auch die Verwendung herkömmlicher Dichtungen, wie z.B. O-Ringe und dergleichen, möglich.
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Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Steuervorrichtung zur Messung des Luftdrucks,
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2 eine vergrößerte Ansicht des in 1 mit Z gekennzeichneten Bereichs, und
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3 einen Schnitt längs der Linie A-A in 2.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung 1 in einer Querschnittsdarstellung. Die Steuervorrichtung 1 stellt beispielsweise ein Steuergerät zur Messung des Luftdrucks in einem Kraftfahrzeug dar. Mit einem solchen Steuergerät ist die Regulierung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches für eine Verbrennungskraftmaschine möglich.
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Die Steuervorrichtung 1 umfasst ein zweiteiliges Gehäuse 30. In einem Gehäuseunterteil 32 ist eine Leiterplatte 10 mit nicht näher dargestellten elektronischen Komponenten und einer Leiterzugstruktur zur Ausbildung der Funktionalität der Steuervorrichtung angeordnet. Über eine Dichtung 15 ist das Gehäuseunterteil 32 mit einem Gehäuseoberteil 33 verbunden. Die Herstellung der Verbindung von Gehäuseoberteil 33 und Gehäuseunterteil 32 ist im Detail nicht näher dargestellt.
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Auf der in der Zeichnung linken Seite weist das Gehäuse 30 eine Öffnung 34 auf, welche durch einen Stecker 41 zur Kontaktierung der elektronischen Komponenten im Inneren des Gehäuses 30 verschlossen ist. Der Stecker 41 umfasst eine Anzahl an Kontaktpins, welche ins Innere des Gehäuses 30 ragen und dort einen nach oben gebogenen Abschnitt 13 der Leiterplatte 10 kontaktieren. Zwischen dem Stecker 41 und dem Gehäuseoberteil 33 ist eine Dichtung 16 angeordnet.
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Die im Gehäuseunterteil 32 angeordnete Leiterplatte 10 weist eine im Wesentlichen rechteckige Gestalt auf (vgl. 3), wobei an der der Öffnung 34 zugewandten Seitenkante ein länglicher Abschnitt 12 angeordnet ist. Die Position des Abschnitts 12 ist lediglich beispielhaft dargestellt. Prinzipiell könnte der Abschnitt 12 an jeder anderen Stelle der Stirnseite 18, aber auch an einer der anderen Seitenkanten der Leiterplatte 10 vorgesehen sein. Der Abschnitt 12 der Leiterplatte 10 ist durch eine Öffnung 31 des Gehäuses 30, hier des Gehäuseunterteiles 32, geführt. Die Länge des Abschnitts 12 ist derart bemessen, dass eine Kavität 11, in der ein Drucksensor 20 angeordnet ist, außerhalb des Gehäuses 30 zum Liegen kommt. Die Kavität 11 ist mit einer gasdurchlässigen Membran 17, beispielsweise aus Goretex-Material, abgedichtet, um das Eindringen von Feuchtigkeit in das Innere der Kavität 11 zu verhindern.
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Die Anordnung des außerhalb des Gehäuses 30 vorgesehenen Abschnitts 12 der Leiterplatte 10 sowie die Abdichtung im Bereich seiner Gehäusedurchführung wird besser aus der vergrößerten Querschnittsdarstellung der 2 ersichtlich, in welcher der in 1 mit Z gekennzeichnete Bereich vergrößert dargestellt ist. 3 zeigt eine Darstellung längs des Schnittes A-A in 2.
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Der Abschnitt 12 ist derart ausgebildet, dass in der Kavität 11 lediglich der Drucksensor 20 zum Liegen kommt. Dabei ist die Kavität 11 nur unwesentlich größer als der Drucksensor 20 selbst, um aufgrund des im Vergleich zum Gehäuseinneren kleinen Volumens der Kavität 11 über die Membran 17 einen schnellen Druckausgleich zu ermöglichen.
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Dadurch, dass der Drucksensor 20 nicht auf der Leiterplatte, sondern in einer Kavität der Leiterplatte angeordnet ist, braucht dieser nicht als SMD-Bauteil ausgebildet sein. Stattdessen kann der Drucksensor als sog. bare die vorgesehen werden, wobei dieser in eine aus zumindest drei Lagen bestehende Leiterplatte 10 einlaminiert sein kann.
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Eine Abdichtung der Öffnung 31, durch die der Abschnitt 12 der Leiterplatte 10 geführt ist, erfolgt einerseits mittels der (ringförmigen) Dichtung 15 und einer Dichtung 14, welche zwischen dem Gehäuseunterteil 32 und dem Abschnitt 12 der Leiterplatte 10 angeordnet ist. Die Dichtung 15 wird durch den Stecker 41, welcher in den 1 bis 3 in seiner endgültigen Position gezeigt ist, von oben gegen den Abschnitt 12 der Leiterplatte 10 gepresst. Sie ragt durch einen Steg 34 des Gehäuseunterteils 32 hindurch, um sich an die Oberseite der Leiterplatte 10 im Bereich der Öffnung 31 anlegen zu können. Die Dichtung 14 liegt vorzugsweise in einer Nut des Gehäuseunterteils 32, so dass diese seitlich gehaltert ist.
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Die Dichtungen 14, 15 und 16 sind vorzugsweise als gespritzte (dispenste) Dichtungen ausgeführt.
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Der Stecker 41 weist darüber hinaus eine Ausnehmung 42 auf, in welche der über die Gehäuseaußenseite ragende Abschnitt 12 der Leiterplatte 10 mit dem in der Kavität 11 befindlichen Sensor 20 zum Liegen kommt. Dabei ist durch die Gestalt des Steckers 41 sichergestellt, dass zwischen der Ausnehmung 42 und der Umgebung ein Luftaustausch besteht, um einen gleichen Druck im Inneren der Ausnehmung und damit der Kavität 11 und der Umgebung sicherzustellen.
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Ein Feuchtigkeitsschutz wird durch die Membran 17 realisiert. Ein Staub- und Spritzwasserschutz sowie ein mechanischer Schutz ergeben sich durch das Vorsehen der Ausnehmung 42 in dem Stecker 41.
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In einer nicht dargestellten alternativen Ausgestaltung könnte der mechanische Schutz des Abschnitts 12 der Leiterplatte mit dem darin befindlichen Drucksensor 20 auch durch eine separate Abdeckung erfolgen. Diese könnte auch Bestandteil des Gehäuses 30 sein.
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Dadurch, dass der Drucksensor vom Gehäuseinneren nach außen verlagert ist, ergibt sich ein einfacherer Aufbau der Steuervorrichtung. Darüber hinaus lässt sich die Steuervorrichtung auf einfachere Weise montieren. Insbesondere sind weniger Überprüfungen hinsichtlich der Dichtheit des Gehäuses 30 erforderlich.
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Dadurch, dass der Drucksensor als bare die (Nacktchip) in die Leiterplatte einlaminiert werden kann, ergibt sich ein einfacherer und kostengünstigerer Aufbau der Leiterplatte.
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Dadurch, dass der Drucksensor 20 in einer an ihn angepassten Kavität zum Liegen kommt, ergibt sich auch eine schnellere und präzisere Messung, da über die Membran 17 ein schnellerer Druckausgleich zwischen dem Inneren der Kavität und der Umgebung erfolgen kann.
