DE102013225583A1

DE102013225583A1 - Verwendung von metallischen Verbindungsleitungen in einem Steuergerät

Info

Publication number: DE102013225583A1
Application number: DE102013225583.7A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Schuch; Christian Walda; Stefan Müller; Susanne Franz; Johannes Brunner; Stefan Gottschling
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-06-11
Also published as: EP3080817A1; WO2015086342A1; EP3080817B1

Abstract

Verwendung einer metallischen Verbindungsleitung in einem Vorortsteuergerät im Kraftfahrzeugbau, das Vorortsteuergerät mindestens eine elektronische Steuereinheit in einem Gehäuse umfasst und die metallischen Verbindungsleitung die Steuereinheit im Gehäuse mit elektrischen Komponenten außerhalb des Gehäuses elektrisch verbindet, und wobei das Gehäuse in einer Umgebung von Ölen mit Schwefelanteilen größer als ca. 1200 ppm angeordnet ist und als metallische Verbindungsleitung Kupferlegierungen mit einem Legierungsanteil größer als 10 % verwendet werden, und dadurch Schwefelkorrosion an der metallischen Verbindungsleitung vermieden wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verwendung einer metallischen Verbindungsleitung in einem Steuergerät für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Kraftfahrzeugsteuergeräte steuern bzw. regeln insbesondere Vorgänge in Aggregaten wie Motoren oder automatischen bzw. automatisierten Getrieben. Die Steuergeräte enthalten in der Regel eine Vielzahl von elektronischen Komponenten, die von einem Gehäuse aus Kunststoff und/ oder Metall umgeben sind. Die elektronischen Komponenten im Steuergerätgehäuse sind insbesondere mit Komponenten wie Sensoren oder Stellgliedern außerhalb des Gehäuses mittels metallischer Verbindungsleitungen signal- bzw. energieübertragend elektrisch verbunden. Diese metallischen Verbindungsleitungen sind häufig als Verkabelung, als Flexfolie oder als Stanzgitter ausgeführt. Sie bestehen überwiegend aus elektrisch hoch leitfähigen Kupferwerkstoffen bzw. Kupferlegierungen mit unterschiedlichen Legierungsanteilen. Die Kupferlegierungen sind in der Regel aus Kupfer mit einem oder mehreren Begleitmetallen wie z.B. Zinn, Zink, Eisen, Aluminium, Nickel, Mangan, Silizium, Chrom, Titan, Blei mit einem Gesamtlegierungsanteil kleiner ca. 10 Gewichtsprozent.
Kuferlegierungen mit Legierungsanteilen größer ca. 10 Gewichtsprozent weisen im Wesentlichen dieselben elektrischen Eigenschaften auf, werden aber seltener verwendet, da sie entsprechend teurer sind.
Die Steuergeräte sind im Normalfall als Anbau- am oder als Vorortsteuergerät im entsprechenden Aggregat angeordnet. Vor allem bei der Verwendung als Vorortsteuergerät in fluider Umgebung wie Ölen und unter Umständen darin entstehenden Gasen werden hohe Anforderungen an die Materialbeständigkeit, insbesondere der Abdichtung des in der Regel zweiteiligen Gehäuses und/ oder an die Abdichtung der Durchführung der metallischen Verbindungsleitungen im Gehäuse gestellt. Bei der Abdichtung der Durchführung der metallischen Verbindungsleitungen im Gehäuse sind diese vor allem in Kunststoff eingespritzt bzw. mit Kunststoff umspritzt.
Die DE 10 2004 018 488 A1 beschreibt einen derartige gas- und flüssigkeitsdichte elektrische Durchführung eines Leiters durch eine Wand eines Kunststoffgehäuses, wobei das Kunststoffgehäuse mindestens im Bereich des Leiters doppelwandig, bestehend aus einer Innen- und einer Außenwand, ausgebildet ist. Zwischen der Innenwand und der Außenwand ist ein dauerelastisches Material angeordnet, das den Leiter zwischen der Innenwand und der Außenwand vollständig umgibt, und der Leiter in das Kunststoffgehäuse eingespritzt ist.
Ein Vorortsteuergerät, insbesondere in einem Getriebe ist ständig von Öl umgeben. Das Öl soll als Schmierstoff in erster Linie Verschleiß an den sich drehenden Teilen im Getriebe verhindern und Reibung reduzieren. Die Güte dieser Eigenschaften hängen insbesondere vom Schwefelgehalt im Öl ab. Schwefelmoleküle sind extrem polar und lagern sich an den Metalloberflächen an. Unter Belastung kommt es zu einer chemischen Reaktion zwischen den metallischen Rauheitsspitzen der Metalloberflächen und den Schwefelmolekülen. Dabei bildet sich an den Oberflächen eine Reaktionsschicht, die den Verschleiß und die Reibung reduziert. Das Material in der Reaktionsschicht ist etwas weicher, so dass ein Abbrechen oder örtliches Verschweißen der Rauheitsspitzen vermieden wird.
In der Vergangenheit, als noch keine Hochleistungsgetriebe verwendet wurden und die Ansprüche an die Öle daher niedriger waren, wurden in Automatikgetrieben Getriebeflüssigkeiten insbesondere so genannte ATF-Öle (ATF: Automatic Transmission Fluid) mit einem Schwefelanteil kleiner ca. 1200 ppm eingesetzt.
Bei neuen Hochleistungsgetrieben kommen angepasste Hochleistungsgetriebeöle mit verbesserten Schmiereigenschaften mit einem höheren Schwefel-Gehalt, insbesondere von ca. 1200–20000 ppm zum Einsatz.
Diese Schmierflüssigkeiten mit dem erhöhten Schwefel-Gehalt haben aber den Nachteil, dass sie vor allem bei höheren Temperaturen, insbesondere bei circa 90°C und höher, ein hohes Korrosionspotential gegenüber Kupferwerkstoffen sowie Kupferlegierungen aufweisen und bei Kontakt die herkömmlichen, oben beschriebenen Kupfermaterialien und Kupferlegierungen mit Legierungsanteilen von kleiner ca. 10–12% angreifen.
Dies führt häufig zu Korrosionseffekten im Inneren der Kunststoffgehäuse und damit zu Fehlern in der Verbindungstechnologie, z.B. durch Auflösung von Schweißstellen zwischen verschiedenen Abschnitten der elektrischen Leitungen oder zur Bildung von Kurzschlüssen zwischen stromführenden Verbindungsleitungen bei angelegtem Potential, welche dann zum Ausfall des Getriebesteuergeräts führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Vorortsteuergeräte mit metallischen Verbindungsleitungen derart zu schaffen, dass sie auch in einer Umgebung von Ölen, die einen höheren Schwefelgehalt als ca. 1200 ppm aufweisen, nicht ausfallen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung von Steuergeräten mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorortsteuergeräte im Kraftfahrzeugbau umfassen mindestens eine elektronische Steuereinheit in einem Gehäuse, die unter Verwendung von metallischen Verbindungsleitungen mit elektrischen Komponenten, wie zum Beispiel Sensoren, insbesondere Drehzahlsensoren oder Temperatursensoren außerhalb des Gehäuses elektrisch verbunden sind.
Erfindungsgemäß ist das Gehäuse, insbesondere das Gehäuse eines Vorortgetriebesteuergerätes in einer Umgebung von Ölen mit Schwefelanteilen größer als ca. 1200 ppm angeordnet. Als metallische Verbindungsleitung wird eine Leitung aus einer Kupferlegierungen mit einem Legierungsanteil größer als 10 % verwendet, wodurch eine Schwefelkorrosion an der metallischen Verbindungsleitung vermieden wird.
Verbindungsleitungen aus Kupferlegierungen mit Begleitmetallanteilen von mehr als 10 Gewichtsprozent sind bekannt, z.B. Neusilber oder Messinge. Jedoch wurden diese in der Vergangenheit nur in Verbindung mit nicht bzw. wenig aggressiven Ölen mit einem Schwefelanteil von kleiner ca. 1200 ppm verwendet. Bei dieser Verwendung war die Schwefelkorrosion bisher kein Problem und die korrosionsbeständige Eigenschaft dieses Materials waren in solchen Anwendungen weder bekannt noch notwendig.
Neu ist die Verwendung dieser Legierungen in den neuen aggressiven Ölen. Die Korrosionsbeständigkeit der Kupferlegierungen mit einem Legierungsanteil größer 10 % gegen Getriebeöle mit einem erhöhten Schwefelgehalt von ca. 1200 ppm wurde erst bei dieser Verwendung entdeckt.
Der Anteil der Begleitmetalle an der Kupferlegierung kann je nach Anwendung statt größer 10% auch bei größer 12 % liegen. In anderen Fällen hat sich vor allem ein Bereich zwischen 10–45% bzw. 12–45% als besonders korrosionsbeständig erwiesen.
Vorzugsweise werden als metallische Verbindungsleitungen vorwiegend starre Stanzgitter, oder eher flexible Verkabelungen oder flexible Leiterplatten, auch Flexfolien genannt, verwendet.
Insbesondere sind die Verbindungsleitungen aus Kupfer mit einem oder mehreren Begleitmetallen wie Zinn, Zink, Eisen, Aluminium, Nickel, Mangan, Silizium, Chrom, Titan, Blei.
Das Gehäuse des Steuergerätes umfasst in der Regel mindestens zwei Gehäuseteile aus Kunststoff und/ oder Metall. Die Gehäuseteile sind jeweils mittels einer Dichtung miteinander verbunden. Die Dichtung kann beispielweise als separate Einlegedichtung ausgelegt sein, alternativ kann es sich aber auch um eine angespritzte Flüssigdichtung handeln. Die metallischen Verbindungsleitungen, die sowohl Ströme bis zu 100 Ampere, beispielsweise für ausgehende Steuerströme peripherer elektronischer Komponenten, zum Beispiel Pumpensteuerungen leiten oder aber elektrische Sensorsignale mit nur sehr geringen Strömen aus dem Inneren des Gehäuses nach außen übertragen, sind insbesondere entlang einer Dichtung vom Gehäuseinnenbereich in den Außenbereich des Gehäuses geführt.
Vorzugsweise bei Gehäuseteilen aus Kunststoff ist die metallische Verbindungsleitung in den Kunststoff eingespritzt oder mit Kunststoff umspritzt.
Insbesondere bei Gehäuseteilen aus Kunststoff, ist dieses Gehäuseteil zumindest im Bereich der metallischen Verbindungsleitung doppelwandig ausgeführt. Der Raum zwischen Innenwand und Außenwand kann dabei mit einem speziellen flüssigen Dichtmaterial ausgefüllt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004018488 A1 [0005]

Claims

Verwendung einer metallischen Verbindungsleitung in einem Vorortsteuergerät im Kraftfahrzeugbau, wobei das Vorortsteuergerät mindestens eine elektronische Steuereinheit in einem Gehäuse umfasst und die metallischen Verbindungsleitung die Steuereinheit im Gehäuse mit elektrischen Komponenten außerhalb des Gehäuses elektrisch verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse in einer Umgebung von Ölen mit Schwefelanteilen größer als ca. 1200 ppm angeordnet ist und als metallische Verbindungsleitung Kupferlegierungen mit einem Legierungsanteil größer als 10 % verwendet werden, und dadurch Schwefelkorrosion an der metallischen Verbindungsleitung vermieden wird.
Verwendung einer metallischen Verbindungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Legierungsanteil größer als 12 % ist.
Verwendung einer metallischen Verbindungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Legierungsanteil größer als 10 % und kleiner als 45% ist.
Verwendung einer metallischen Verbindungsleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Legierungsanteil größer als 12 % und kleiner als 45% ist.
Verwendung einer metallischen Verbindungsleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als metallische Verbindungsleitung Stanzgitter, Verkabelungen oder Flexfolien verwendet werden.
Verwendung von metallischen Verbindungsleitungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kupferlegierungen Kupfer mit einem oder mehreren Begleitmetallen wie Zinn (Sn), Zink (Zn), Eisen (Fe), Aluminium (Al), Nickel (Ni), Mangan (Mn), Silizium (Si), Chrom (Cr), Titan (Ti), Blei (Pb) verwendet werden.
Verwendung einer metallischen Verbindungsleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Steuergerätes mindestens zwei Gehäuseteile umfasst, die jeweils mittels einer Dichtung miteinander verbunden sind, und mindestens eine metallische Verbindungsleitung entlang einer Dichtung vom Gehäuseinnenbereich in den Außenbereich des Gehäuses geführt ist.
Verwendung einer metallischen Verbindungsleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mindestens ein Gehäuseteil aus Kunststoff umfasst, wobei die metallische Verbindungsleitung in den Kunststoff eingespritzt oder mit Kunststoff umspritzt ist.
Verwendung von metallischen Verbindungsleitungen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil aus Kunststoff, zumindest im Bereich der metallischen Verbindungsleitung doppelwandig ausgeführt ist.