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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Funkschlüssel für ein Fahrzeug mit einer Schutzstruktur zum Schutz von zumindest einem elektronischen Bauteil vor elektrostatischer Entladung oder vor Störfeldern. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Schutzstruktur.
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Elektrostatische Entladungen (engl. electrostatic discharge, kurz ESD) treten nahezu überall im Alltag auf, und können elektrostatisch gefährdete Bauteile, wie elektronische Bauteile, in ihrer Funktion beeinträchtigen oder gar zerstören. Insbesondere bei integrierten Schaltkreisen auf Halbleiterbasis sind elektrostatische Entladungen eine der häufigsten Ausfallursachen. Die ESD-Festigkeit ist ein wichtiges Thema in der Elektronikproduktion, und insbesondere in der Automobilelektronik, bei der komplexe Sicherheitsfunktionen zum Schutz des Fahrzeugs selbst und der Insassen durch elektronische Bauteile, wie Mikroprozessoren, gesteuert werden, so dass ein Ausfallrisiko derartiger elektronischer Bauteile zu minimieren ist.
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Somit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin eine Möglichkeit anzugeben, wie elektronische Bauteile insbesondere im Fahrzeug vor elektrostatischer Entladung oder Störfeldern geschützt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Funkschlüssel für ein Fahrzeug mit folgenden Merkmalen geschaffen. Dieser hat zumindest ein elektronisches Bauteil, wie beispielsweise einen Mikroprozessor, eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung oder dergleichen. Desweiteren hat der Funkschlüssel eine Schutzstruktur zum Schutz des zumindest einen elektronischen Bauteils vor elektrostatischer Entladung oder vor Störfeldern. Diese Schutzstruktur ist als separates Bauelement zu dem zumindest einen Bauteil ausgebildet und umfasst einen Rahmen zum Umgeben des zumindest einen elektronischen Bauteils, wobei der Rahmen einen Träger aus Kunststoff aufweist, auf dessen Oberfläche eine elektrisch leitende Schicht vorgesehen ist. Mittels dieser elektrisch leitenden Schicht an der Oberfläche des Trägers können auf den Funkschlüssel wirkende elektrostatische Entladungen bzw. Überspannungen (entsprechend dem Blitzableiterprinzip) direkt in ein leitfähiges Ambiente ohne Sekundärentladung und Beschädigung des zumindest einen eingebauten elektronischen Bauteils abgeleitet werden. Hierzu ist somit ein lediglich antistatischer, aber nicht komplett leitfähig ausgestatteter Träger aus Kunststoffmaterial nötig, welches eine ausreichende elektrische Durchlagsfestigkeit bietet und vorteilhafterweise eine lediglich geringe Dämpfung der Transmitterfunktion aufweist. Die elektrisch leitende Schicht an der Oberfläche des Trägers muss für die Ableitung von elektrischen Entladungen somit nicht zwingend einen faradayschen Käfig bilden, sondern kann bei der Anwendung im Zusammenhang mit einem Funkschlüssel vorteilhafterweise für die Trägerfrequenz(en) der Funksignale durchlässig sein.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Schutzstruktur umfasst die elektrisch leitende Schicht elektrisch leitende Partikel, die in dem Träger aus Kunststoff an dessen Oberfläche eingebracht sind. Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist dabei, dass die elektrisch leitenden Partikel somit in der Kunststoffmatrix des Trägers vorgesehen sind und von dieser auch (fest) gehalten werden. Durch diese Verbindung der elektrisch leitenden Partikel und der Kunststoffmatrix entsteht somit auch eine stabile elektrisch leitende Oberfläche, die bei Berührung oder auch heftiger Berührung nicht zerstört wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Schutzstruktur können die elektrisch leitenden Partikel im gesamten Kunststoff eingebracht sein, wobei deren Konzentration an der Oberfläche des Trägers aus Kunststoff größer ist als in dem Inneren des Trägers. Insbesondere kann die Schutzstruktur hierbei mittels eines einfachen und kostengünstigen Umformverfahrens, wie mittels Spritzgießens, Spritzprägens oder -pressens hergestellt werden, bei dem die elektrisch leitenden Partikel in der Kunststoffmasse enthalten sind, aus der der Träger der Schutzstruktur hergestellt wird.
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Es ist dabei vorteilhaft, dass es sich bei den elektrisch leitenden Partikeln um elektrisch leitende Fasern handelt, insbesondere aus rostfreiem Stahl, Nickel, Kupfer, Silber, Kohlenstoff, Grafit, handelt. Ferner ist es denkbar, dass auch elektrisch leitendes Pulver als elektrisch leitende Partikel verwendet werden kann.
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Dabei liegt die Oberflächenleitfähigkeit der elektrisch leitenden Schicht an der Oberfläche des Trägers vorteilhafterweise zwischen 104 und 109 Ohm, um wirkungsvoll elektrostatische Entladungen abzuleiten.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Funkschlüssels ist das zumindest eine elektronische Bauteil in einem nicht elektrisch leitfähigen Container vorgesehen. Dieser kann dabei von dem Rahmen umgeben sein, oder auch in dem Rahmen untergebracht und befestigt sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Funkschlüssels stellt der Rahmen das Gehäuse des Funkschlüssels dar, oder ist ein Teil davon. Somit kann der Rahmen eine Doppelfunktion ausfüllen, wodurch einerseits die Anzahl Bauelemente, aber auch die Größe des Funkschlüssels reduziert werden kann.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Schutzstruktur zum Schutz eines elektronischen Bauteils vor elektrostatischer Entladung oder vor Störfeldern geschaffen. Eine derartige Schutzstruktur ist in einer elektronischen Vorrichtung einsetzbar, insbesondere in einem Funkschlüssel, bei der das elektronische Bauteil im Anwendungsfall von der Schutzstruktur umgeben ist. Das Verfahren zum Herstellen der Schutzstruktur bzw. eines Rahmens von dieser umfasst dabei folgenden Schritte. Es wird eine umzuformende Kunststoffmasse bereitgestellt, beispielsweise in Form eines Granulats. Ferner werden der Kunststoffmasse elektrisch leitende Partikel beigemischt. Dabei können die elektrisch leitenden Partikel als Additive dem bereitgestellten Granulat beigemischt werden, wobei dieses Granulat mit den Additiven zu einem weiteren Granulat verarbeitet wird. Desweiteren wird die Kunststoffmasse (insbesondere das weitere Granulat) auf eine erste Temperatur von beispielsweise 250°C–300°C temperiert, bei der die Kunststoffmasse fließfähig ist. Überdies wird die temperierte Kunststoffmasse (mit den elektrisch leitenden Partikeln) in ein Formwerkzeug eingebracht, das eine zweite Temperatur von beispielsweise 80°C–120°C, aufweist, die geringer als die erste Temperatur ist. Das Einbringen der Kunststoffmasse erfolgt dabei mit einer derart vorbestimmten Geschwindigkeit, dass die elektrisch leitenden Partikel sich an der Oberfläche des Formwerkzeugs anlagern. Anders ausgedrückt ist die Fließgeschwindigkeit beim Einbringen der Kunststoffmasse in das Formwerkzeug so (langsam) zu wählen, dass die Kunststoffmasse aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen Kunststoffmasse und Formwerkzeug schlagartig an der Werkzeugoberfläche bzw. Werkzeugwand einfriert, wobei dadurch die als Additive beigemischten elektrisch leitenden Partikel, insbesondere in der Form von elektrisch leitenden Fasern zumindest an einem Abschnitt ebenfalls an der Werkzeugoberfläche durch die eingefrorene Kunststoffmasse gehalten werden und sich dort anreichern. Außerdem tritt dadurch ferner der Effekt auf, dass die elektrisch leitenden Partikel, insbesondere in der Form von elektrisch leitenden Fasern nicht ausreichend mit Kunststoffmasse umhüllt werden. Dadurch und durch Schwindungsunterschiede entsteht eine rauhe Oberfläche auf dem geformten Kunststoffteils, denn die elektrisch leitenden Partikel, insbesondere in der Form von elektrisch leitenden Fasern behindern die Schwindung des abkühlenden Kunststoffes, wodurch eine unebene Oberfläche entsteht. Diese bei herkömmlichen Umformungsprozessen, insbesondere Spritzgußumformungsprozessen, ungewollte Oberflächenstruktur des geformten Kunststoffteils bzw. der geformten Schutzstruktur bringt jedoch zum Schutz vor elektrostatischen Entladungen die gewünschte Anreicherung oder Konzentration von elektrisch leitenden Partikeln an der Oberfläche der Schutzstruktur.
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Nach einer vorbestimmten Zeit ist schließlich nicht nur die Oberfläche, sondern auch die restliche Kunststoffmasse in der gewünschten Form der Schutzstruktur ausgehärtet und kann der dem Formwerkzeug, das insbesondere in einer zweiteiligen Form gebildet ist, entnommen werden.
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Als Kunststoff bzw. Kunststoffmasse kann dabei insbesondere ein thermoplastischer Kunststoff verwendet werden. Bei den elektrisch leitenden Partikeln kann es sich insbesondere um elektrisch leitende Fasern, insbesondere aus rostfreiem Stahl, Nickel, Kupfer, Silber, Kohlenstoff, Grafit, handeln. Auch elektrisch leitendes Pulver ist denkbar.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens kann es sich bei dem Formwerkzeug um ein Spritzgußwerkzeug handelt, wobei das Einbringen der Kunststoffmasse mittels Spritzgießens erfolgt. Auf diese Weise kann eine Schutzstruktur bzw. ein Rahmen davon in einem einfachen und kostengünstigen Standardspritzprozess hergestellt werden, ohne jegliche Einschränkungen auf das Design und die Oberflächenqualität zu erfahren.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Funkschlüssels sind, soweit auf das Verfahren anwendbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
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Im Folgenden sollen nun beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Funkschlüssels für ein Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung eines Funkschlüssels für ein Fahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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3 eine Ablaufdiagramm zur Darstellung der Herstellung einer Schutzstruktur für einen Funkschlüssel beispielsweise nach den 1 oder 2.
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Es sei auf 1 verwiesen, in der ein Funkschlüssel FZS für ein Fahrzeug FZ gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung schematisch gezeigt ist. In einem Innenraum IN des Funkschlüssels FZS sind drei elektronische Bauteile in der Form eines Mikroprozessors als Steuereinrichtung MP, einer ersten Funkeinrichtung F1 (mit einer Antenne) zum Empfangen von niederfrequenten Funksignalen F1 und einer zweiten Funkeinrichtung F2 (mit einer Antenne) zum Senden von hochfrequenten Funksignalen vorgesehen. Als Teil eines Gehäuses des Funkschlüssels umgibt eine Schutzstruktur SST die elektronischen Bauteile F1, MP, F2 zum Schutz vor elektrostatischer Entladung EL oder vor Störfeldern. Diese Schutzstruktur SST umfasst dabei zwei Rahmen R1 und R2, die die elektronischen Bauteile F1, MP, F2 umgeben. Dabei hat jeder Rahmen R1 und R2 einen jeweiligen Träger TR1, TR2 aus Kunststoff, auf dessen Oberfläche OEL1, OEL2 eine elektrisch leitende Schicht vorgesehen ist. Hierbei umfasst die elektrisch leitende Schicht OEL1, OEL2 elektrisch leitende Partikel P (in einem Abschnitt links von OEL1 zur Veranschaulichung stellvertretend für die gesamte Oberfläche speziell dargestellt), die in dem Träger TR1, TR2 aus Kunststoff an dessen Oberfläche eingebracht sind. Genauer gesagt sind die elektrisch leitenden Partikel P im gesamten Kunststoff eingebracht sind, wobei deren Konzentration an der Oberfläche OEL1, OEL2 der Träger TR1, TR2 größer ist als in dem Inneren der Träger. Die elektrisch leitenden Partikeln P bestehen dabei aus elektrisch leitende Fasern, insbesondere aus rostfreiem Stahl, Nickel, Kupfer, Silber, Kohlenstoff, oder Grafit.
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Für einen guten Schutz vor elektrostatischer Entladung beträgt die Oberflächenleitfähigkeit der elektrisch leitenden Schicht an der Oberfläche OEL1, OEL2 der Träger Tr1, Tr2 zwischen 104 und 109 Ohm.
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Wie es in 1 angedeutet ist, kann der Funkschlüssel FZS mit dem Fahrzeug FZ kommunizieren. Dabei ist der Funkschlüssel FZS als Teil eines Zugangssystems bzw. einer Zugangsanordnungen des Fahrzeugs ausgebildet.
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Der Funkschlüssel FZS kann dabei als aktiver Schlüssel im Rahmen eines so genannten aktiven Zugangssystemen bzw. Zugangsverfahren betrieben werden. Dabei wird die Authentifizierung dadurch eingeleitet, dass ein Benutzer eine bestimmte für die Entriegelung des Fahrzeugs vorgesehene Taste TAS am Funkschlüssel FZS drückt, welcher dann in der Funktion einer Fernbedienung ein Entriegelungssignal als hochfrequentes Funksingal ERS (z. B. bei 433 MHz) an das Fahrzeug FZS sendet. Dabei erlaubt insbesondere die Schutzstruktur SST aufgrund ihres speziellen Aufbaus mit an der Oberfläche OEL1 und OEL2 angereicherten bzw. konzentrierten elektrisch leitenden Partikeln, dass Funksignale wie das Funksignal ERS durch die Schutzstruktur SST hindurch dringen.
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Der Funkschlüssel FZS kann auch als Schlüssel im Rahmen eines passiven Zugangssystemens bzw. Verfahrens betrieben werden. Dabei wird ein Authentifizierungsvorgang beispielsweise durch das Berühren integrierter Näherungs- oder Verriegelungssensoren in einem Türgriff des Fahrzeugs FZ eingeleitet, wobei das Fahrzeug ansprechend auf das Berühren ein Code-Anforderungssignal, insbesondere ein niederfrequentes Funksignal AFS (z. B. bei 124 kHz) an den Funkschlüssel FZS sendet, der schließlich (getriggert durch den Mikroprozessor MP) nach Empfang des Anforderungssignals AFS ein Antwortsignal AWS mit dem entsprechenden Authentifizierungscode zurück zum Fahrzeug sendet. Im Fahrzeug kann dann eine Prüfung des empfangenen Codes stattfinden und bei positiver bzw. erfolgreicher Prüfung, wie bereits oben erwähnt, die Verriegelung der Fahrzeugtüren aufgehoben werden. Auch hier erlaubt die Schutzstruktur SST aufgrund ihres speziellen Aufbaus mit an der Oberfläche OEL1 und OEL2 angereicherten bzw. konzentrierten elektrisch leitenden Partikeln, dass Funksignale wie die Funksignale AFS und AWS durch die Schutzstruktur SST hindurch dringen.
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Es sei nun auf 2 verwiesen, in der ein Funkschlüssel FZS2 für ein Fahrzeug FZ gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung schematisch gezeigt ist. Dieser Funkschlüssel FZS2 umfasst im Wesentlichen die gleichen Komponenten wie der Funkschlüssel FZS, so dass auf eine detaillierte Darstellung gleicher Komponenten auf 1 verwiesen wird. Als Unterschied zum Funkschlüssel FZS umfasst der Funkschlüssel FZS2 einen Container bzw. Behälter CO aus elektrisch nichtleitendem Material, der die elektronischen Bauteile FM1, FM2 und MP umschließt. Dieser Container CO wird schließlich wieder von der Schutzstruktur, insbesondere im Bild von Wänden des zweiten Rahmens R2 umgeben. Im Übrigen ist die Funktionsweise identisch zum Funkschlüssel FZS.
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Bei Funkschlüsseln mit einer Schutzstruktur gemäß der Erfindung, insbesondere gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform in den 1 und 2, konnte eine ESD-Festigkeit von 24 kV erreicht werden.
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Schließlich sei noch auf 3 verwiesen, in der ein Ablauf zum Herstellen einer Schutzstruktur, insbesondere gemäß den 1 und 2 eines Rahmens R1 oder R2 zum Schutz eines elektronischen Bauteils vor elektrostatischer Entladung oder vor Störfeldern dargestellt ist. Gemäß diesem Verfahren wird in Schritt S1 zunächst eine umzuformende Kunststoffmasse bereitgestellt. In Schritt S2 werden dieser Kunststoffmasse elektrisch leitende Partikel beigemischt. Dann wird in Schritt S3 die Kunststoffmasse auf eine erste Temperatur gebracht, bei der die Kunststoffmasse fließfähig ist. In einem Schritt S4 wird die Kunststoffmasse mit den elektrisch leitenden Partikeln in ein Formwerkzeug eingebracht, das eine zweite Temperatur aufweist, die geringer als die erste Temperatur ist. Dabei lagern sich in Schritt S5 elektrisch leitende Partikel an der Oberfläche des Formwerkzeugs an, wenn das Einbringen der Kunststoffmasse mit einer bestimmten Geschwindigkeit und einem bestimmten Staudruck erfolgt.
