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Die Erfindung betrifft ein System zum Haltern eines Steuergeräts an einem vibrierenden Bauteil und ein Verfahren zum Befestigen eines Steuergeräts an einem vibrierenden Bauteil.
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Fahrzeuggetriebe und andere mechanische Einrichtungen in einem Fahrzeug, welche für die Bereitstellung oder Übertragung von mechanischer Leistung verwendet werden, weisen oftmals Steuergeräte zur Überwachung und Steuerung ihrer Funktion auf. Beispielsweise liegen Vibrationen von einem Verbrennungsmotor, einem Getriebe sowie von einem Fahrwerk sowie der Fahrbahn selbst vor. Ein direkt an einer solchen mechanischen Einrichtung angeordnetes Steuergerät ist somit einer kontinuierlichen Vibration in einem breiten Frequenzbereich ausgesetzt.
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Üblicherweise werden Steuergeräte derart aufgebaut, dass sie eine ausreichende Vibrationsfestigkeit besitzen. Dies kann etwa dadurch erreicht werden, dass das Steuergerät nur solche Eigenfrequenzen aufweist, die oberhalb einer vorgegebenen Eigenfrequenz liegen. Die Eigenfrequenzen können durch entsprechende Steifigkeit der Konstruktion des Steuergeräts, etwa durch Integration von Versteifungselementen und die durchdachte Positionierung von entsprechenden Anschraubpunkten an vibrationskritischen Stellen beeinflusst werden.
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In moderneren Fahrzeugen wird der für Steuergeräte verfügbare Bauraum tendenziell immer kleiner, so dass Steuergeräte auch an Stellen angeordnet werden müssen, die mit den vorgenannten herkömmlichen Methoden nicht zu einer ausreichenden Vibrationsfestigkeit führen würden. Beispielsweise könnte nicht ausreichend Platz für Versteifungen oder für die Integration von Anschraubstellen möglich sein, durch die eine ausreichende Vibrationsfestigkeit erzielt wird.
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Es ist somit als eine Aufgabe der Erfindung anzusehen, ein System zum Haltern eines Steuergeräts an einem vibrierenden Bauteil vorzuschlagen, das die ausreichende Vibrationsfestigkeit auch bei beengten Platzverhältnissen und einer reduzierten Anzahl oder einer ungünstigen Platzierung von Anschraubstellen mit bereits vorhandenen Aufbaukonzepten ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein System mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Es wird ein System zum Haltern eines Steuergeräts an einem vibrierenden Bauteil vorgeschlagen, aufweisend ein Stützelement und eine Federeinrichtung, wobei das Stützelement mit der Federeinrichtung in Eingriff bringbar und an dem Steuergerät oder dem Bauteil befestigbar ist, wobei die Federeinrichtung eine degressive Federkennlinie aufweist und eine Druckkraft auf das Stützelement ausübt.
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Die Federeinrichtung erlaubt eine federnde Lagerung der betreffenden Stelle des Steuergeräts an dem Bauteil, so dass Vibrationen nicht direkt auf das Steuergerät übertragen, sondern zumindest teilweise abgeschwächt werden. Die Federeinrichtung kann dafür an dem Steuergerät, dem Bauteil oder beiden befestigt sein.
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Das Stützelement ist dabei so auszugestalten, dass es an einem des Steuergeräts und des vibrierenden Bauteils befestigbar ist. Folglich könnte das Stützelement als eine Anschraubstelle für das Steuergerät oder als eine Art Führungs- oder Zentrierdorn für das Steuergerät fungieren und eine Stützkraft gegenüber dem vibrierenden Bauteil zu erwirken. Das System ermöglicht eine gewisse Beweglichkeit des Stützelements, um Vibrationen ausgleichen zu können.
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Das System erlaubt eine robuste Auslegung bezüglich vorhandener Bauraumtoleranzen der Abstützung durch Einstellung einer degressiven Federkennlinie der Federeinrichtung. Diese ermöglicht, die für das Steuergerät benötigte Stützkraft für die betreffende Stelle des Steuerelements über einen großen Federweg annähernd konstant und unterhalb einer vorgebbaren Maximalkraft zu halten, auch wenn der Toleranzbereich an dem vibrierenden Bauteil oder dem Steuergerät relativ groß sein sollte.
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Das System ist weiterhin robust gegenüber umweltbedingter Alterung der Bauteile. Ist beispielsweise das vibrierende Bauteil und/oder das Steuergerät aus einem Kunststoff hergestellt, kann dieser einer Setzung und Relaxation durch eine Temperatureinwirkung von beispielsweise bis zu 150° bei Getrieben und Hydrauliksystemen unterliegen. Größenänderungen durch solche Alterungseffekte können durch die gefederte Vorspannung der Druckfeder mit degressiver Federkennlinie sehr gut ausgeglichen werden, folglich bleibt die wirksame Abstützkraft annähernd konstant.
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Das System kann somit eine gefederte Abstützung möglichst nahe einer kritischen Schwingstelle ermöglichen. Die durch das System bereitgestellte gefederte Abstützung ist besonders für Steuergeräte, welche direkt an dem vibrierenden Bauteil angeordnet werden, geeignet, da die gefederte Abstützung eine ausreichende Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien, zum Beispiel Getriebeöl, aufweist. Die Temperaturabhängigkeit der Federkennlinie beispielsweise von Druckfedern, die aus einem metallischen Werkstoff und insbesondere Federstahl hergestellt sind, ist in einem Temperaturbereich von beispielsweise –40°C bis +150°C vergleichsweise gering gegenüber Lösungen, bei denen eine Abstützung des Steuergeräts direkt auf einem durch Kunststoff hergestellten Bauteil erfolgt.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform weist ferner eine Führungseinrichtung auf, wobei die Führungseinrichtung an dem Steuergerät oder dem Bauteil positionierbar ist und wobei das Stützelement entlang einer Führungsachse an der Führungseinrichtung verschiebbar lagerbar ist. Die Federeinrichtung und die Führungseinrichtung führen demgemäß das Stützelement derart, dass es sich in einer durch die Führungsachse vorgegebenen Richtung verschieben lässt und nur gegen einen gewissen Widerstand, der durch die Federkraft erzeugt wird, zu der Führungseinrichtung hin gedrückt wird. Die Führungseinrichtung kann dabei entweder in dem vibrierenden Bauteil angeordnet sein oder in dem Steuergerät, das an dem vibrierenden Bauteil zu haltern ist.
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Das Stützelement kann vorteilhafter Weise einen Stützkragen als Anschlag für die Federeinrichtung aufweisen. Damit muss lediglich die Form eines Teils des Stützelements an die Federeinrichtung angepasst werden, während ein überwiegender Teil schlank gestaltbar ist und insbesondere eine niedrige Massenträgheit aufweist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Federeinrichtung ein Tellerfederpaket auf. Dies beinhaltet mehrere gleichsinnig geschichtete Tellerfedern, bei denen der Federweg des Federpakets dem Federweg der Einzelfedern entspricht, wobei die dadurch erreichbare Federkraft direkt proportional zu der Anzahl der Einzelfedern ist. Der zurücklegbare Weg des Tellerfederpakets ist vergleichsweise gering, die erreichbare Federkraft vergleichsweise groß. Der vorhandene Bauraum für die Federeinrichtung kann mit einem Federpaket besonders gut ausgenutzt werden.
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In einer ebenso vorteilhaften Ausführungsform weist die Federeinrichtung eine Federsäule auf. Dies entspricht einer Anordnung mehrerer, wechselsinnig geschichteter Tellerfedern, wobei sich die Federwege der Einzelfedern addieren, die entstehende Federkraft jedoch gleich bleibt. Der zurücklegbare Weg ist damit vergleichsweise groß, während die Federkraft vergleichsweise gering ist.
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Je nach Anforderung an die Federkennlinie und nach vorhandenem Bauraum kann auch eine Kombination aus Federpaket und Federsäule verwendet werden, um die Federeinrichtung bereitzustellen.
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Alternativ dazu kann die Federeinrichtung als Blattfeder ausgeführt sein, die in das Steuergerät integriert ist. Mit dem Begriff der Blattfeder sind solche Einrichtungen gemeint, die im Wesentlichen flächig ausgeführt sind und durch eine vertikal zu ihrer Erstreckungsfläche einwirkende Kraft eine Formänderung erwirken und umgekehrt.
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Die Blattfeder kann als separates Bauteil in das Steuergerät integriert sein oder auch durch das Material eines Gehäuses des Steuergeräts gebildet sein.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Führungseinrichtung als eine zumindest abschnittsweise zylindrische Bohrung ausgeführt, wobei das Stützelement einen Führungsabschnitt aufweist, dessen Form an die zylindrische Bohrung angepasst ist. Durch das Ausführen der Führungseinrichtung als zylindrische Bohrung entstehen nur sehr geringe Herstellungskosten, ferner ist der zeitliche Aufwand zum Herstellen einer solchen zylindrischen Bohrung extrem gering. Abhängig von der Materialauswahl des Bauteils und des Steuergeräts können dauerhaft leichtgängige Führungen realisiert werden, für die keine weiteren Maßnahmen getroffen werden müssen. Es bietet sich besonders bei der Verwendung von Kunststoffen für eines dieser beiden Komponenten an, in die aus Kunststoff hergestellte Komponente eine Führungseinrichtung in Form einer zylindrischen Bohrung vorzusehen.
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In einer ebenso vorteilhaften Ausführungsform ist das Stützelement aus einem metallischen Material hergestellt und weist einen zylindrischen Führungsabschnitt sowie einen sich radial davon erstreckenden Stützkragen und ein Befestigungselement an einer dem Führungsabschnitt entgegengesetzten Seite des Stützkragens auf. Eine solche Form erlaubt eine kostengünstige Herstellung durch Gießen, spanende oder spanlose Umformverfahren. Die Funktionstrennung zwischen Führung in der Führungseinrichtung und der Befestigung an einer der beiden Komponenten Steuergerät und vibrierendes Bauteil kann das Befestigungselement völlig flexibel ausgeführt werden. Es ist zudem vorstellbar, dass mehrere unterschiedliche Varianten von Stützelementen nach einem Bausatzprinzip bereitgestellt werden und je nach Anforderung eingesetzt werden. An demselben Steuergerät könnten dabei auch unterschiedliche Varianten der Stützelemente zum Einsatz kommen können.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Führungseinrichtung an dem vibrierenden Bauteil angeordnet. Besonders in dem einfachen Fall der zylindrischen Bohrung kann ohne aufwändige Integration eines separaten Führungsmittels lediglich durch Anfertigen einer Bohrung in einem Gehäuse des Bauteils eine zuverlässige Führung erreicht werden, die keine hohen Herstellkosten verursachen und auch bei beengten Platzverhältnissen integrierbar sind. In diesem Fall kann ein betreffendes Stützelement direkt an das Steuergerät angeschraubt werden, so dass es lediglich zusammen mit der Federeinrichtung in die Führungseinrichtung einzuführen ist.
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Alternativ dazu kann die Führungseinrichtung selbstverständlich auch an dem Steuergerät angeordnet werden, so dass eine feste Verbindung des vibrierenden Bauteils mit dem Stützelement durchzuführen ist. Je nach gewählten Verbindungsverfahren kann eine besonders raumsparende Befestigung des Stützelements realisiert werden, beispielsweise durch Kleb-, Schweiß- oder Lötverfahren. Die verwendbaren Verbindungsverfahren sind dabei abhängig von der Materialkombination zwischen Stützelement und dem vibrierenden Bauteil.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. In den Figuren stehen dabei gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
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1 zeigt ein System zum Haltern eines Steuergeräts an einem Bauteil in einer Schnittdarstellung.
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2 zeigt ein weiteres System zum Haltern eines Steuergeräts an einem Bauteil in einer Schnittdarstellung.
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1 zeigt beispielhaft ein System 2 zum Haltern eines Steuergeräts 4 an einem vibrierenden Bauteil 6, das ein Stützelement 8, eine als Druckfeder ausgeführte Federeinrichtung 10 und eine Führungseinrichtung 12 aufweist. Das Steuergerät 4 weist beispielhaft ein Gehäuse auf, welches elektronische Komponenten haltert und kapselt. Das vibrierende Bauteil 6 könnte beispielsweise ein Teil eines Gehäuses einer hydraulischen Einrichtung oder einer anderen Einrichtung sein, die während des Betriebs deutliche Vibrationen ausübt, die in einem festen oder variablen Frequenzbereich liegen.
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Das Stützelement 8 ist beispielhaft aus einem metallischen Werkstoff hergestellt und weist einen zylindrischen Führungsabschnitt 14 auf, an den sich ein Stützkragen 16 anschließt, welcher sich radial nach außen von dem Führungsabschnitt 14 erstreckt. Dieser ist exemplarisch ebenfalls als ein zylindrischer Abschnitt ausgeführt.
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An einer von dem Führungsabschnitt 14 abgewandten Seite des Stützkragens 16 befindet sich ein Befestigungselement 18, das beispielhaft ebenfalls als ein zylindrischer Körper ausgeführt ist und eine Bohrung 20, beispielsweise mit einem Gewinde versehen, aufweist, in das eine Schraube einschraubbar ist. Alternativ dazu könnte das Befestigungselement 18 auch einen Vorsprung mit einem Gewinde aufweisen, der in das Steuergerät 14 einschraubbar ist.
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Der relevante Teil des vibrierenden Bauteils 6 ist dazu korrespondierend ausgestaltet. Die Führungseinrichtung 12 weist eine zylindrische Bohrung 22 auf, in der der Führungsabschnitt 14 des Stützelements 8 entlang einer Führungsachse 24 verschiebbar lagerbar ist. An die zylindrische Bohrung 22 schließt sich ein Absatz 26 an, der in einer größeren Bohrung 28 mündet, in welcher die Druckfeder 10 exemplarisch als ein Tellerfederpaket angeordnet ist. Der Durchmesser der Bohrung 28 korrespondiert unter Berücksichtigung einer geeigneten Passung mit dem Durchmesser des Stützkragens 16, so dass dieser ungestört in der Bohrung 28 gleiten kann. Hieran schließt sich ein weiterer Absatz 30 an, der dann in Form einer weiteren, nicht tiefen Bohrung 32 an der Außenfläche 34 des Bauteils 6 mündet. Das Stützelement 8 kann folglich entlang der Führungsachse 24 in dem vibrierenden Bauteil 6 gleiten und wird dabei stets durch die Druckfeder 10 in eine der Bohrung 22 entgegengesetzten Seite des Bauteils 6 herausgedrückt.
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Durch die Ausführung der Druckfeder 10 als ein Tellerfederpaket kann eine degressive Federkennlinie eingestellt werden, welche auch bei relativ großem Toleranzbereich der Bohrungen 22, 28 und 32 eine zuverlässige, unterhalb einer tolerierbaren Maximalkraft liegenden Druckkraft ausübt. Diese kann das Steuergerät 4 an der gewünschten Stelle abstützen, ohne eine direkte Verbindung mit dem vibrierenden Bauteil 6 herstellen zu müssen.
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Das System 2 kann folglich Vibrationen zumindest an Stellen kompensieren, an denen eine ausreichende Versteifung oder andere Maßnahmen des Steuergeräts 4 nicht realisierbar sind. Ein besonderer Vorteil liegt in der Flexibilität des Systems 2, denn durch Verwendung individueller Tellerfedern oder anderer geeigneter Federn zur Bereitstellung der Druckfeder 10 kann praktisch jedes beliebige Schwingungsverhalten berücksichtigt werden.
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Die Anordnung der Komponenten des Systems 2 kann auch umgekehrt realisiert werden. Die Führungseinrichtung 12 könnte in dem Steuergerät 4 angeordnet sein, während das Stützelement 8 direkt an das vibrierende Bauteil 6 angebracht ist.
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In 2 wird ein System 36 gezeigt, bei dem ein Steuergerät 38 eine integrierte Federeinrichtung 40 besitzt, welche in Form einer Blattfeder realisiert und direkt in das Steuergerät 38 integriert ist. Die Federeinrichtung 40 ist mit einem Stützelement 42 verbunden, das sich auf einem vibrierenden Bauteil 44 abstützt.
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Die Ausgestaltung der Federeinrichtung 40 ist von der gewünschten Höhe der Druckkraft und des erwarteten Federwegs abhängig. Zwar zeigt 2 nur ein einziges Blatt einer Blattfeder, es können allerdings auch mehrere Blätter eingesetzt werden, welche zudem auch eine nicht ebene Neutralform aufweisen können.
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Das Stützelement 42 ist lediglich als zylindrischer Körper ausgeführt, welcher eine besonders niedrige Massenträgheit besitzt. Diese kann durch Verwendung eines Hohlzylinders noch weiter verringert werden. Das Stützelement 42 ist sowohl an dem Steuergerät 38 als auch an dem Bauteil 44 befestigbar. Es ist auch vorstellbar, dass sich das Stützelement 42 nur auf einer Oberfläche 46 des Bauteils 44 abstützt.
