-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Die Steuerung von Funktionen eines Fahrzeugs, z.B. die Steuerung von Automatikgetrieben, Lichtfunktionen, Motorfunktionen etc. erfolgt immer häufiger über Steuergeräte, z.B. elektronische Steuergeräte wie beispielsweise elektronische Getriebesteuerungen und ähnliche sogenannte ECU’s (aus dem Englischen: electronic control unit). Aus dem Stand der Technik sind integrierte Steuergeräte, sowie Anbau- und Wegbau-Steuergeräte bekannt. Anbau- und Wegbausteuergeräte haben den Vorteil, dass sie durch eine geringe Anzahl an Komponenten für das Steuergerät selbst relativ günstig in der Entwicklung und Herstellung sind. Hauptkomponenten eines Steuergerätes sind ein Gehäuse, das eine Leiterplatte zur elektronischen Funktionssteuerung umgibt. Beispielsweise kann es sein, dass das Steuergerät mit der Leiterplatte und der darauf befindlichen Elektronik im Hydraulikmodul des Fahrzeugs eingesetzt wird und damit beispielsweise Getriebeflüssigkeit oder heißem (Getriebe- oder Motor-)Öl ausgesetzt ist. Aus diesem Grund ist es nötig, die empfindliche Elektronik auf der Leiterplatte zu schützen.
-
Zum Schutz dieser Elektronik werden Leiterplatten auf unterschiedlichste Weise verkapselt, so dass die Elektronikkomponenten möglichst gut vor Außeneinflüssen geschützt werden. Kostengünstig wird dies durch Umspritzen bzw. Vergießen der zu schützenden Teile mit einer Vergussmasse erreicht. Solche Vergussmassen sind bevorzugt härtende Vergussmassen und können z.B. Polyurethane, Silikone oder Epoxidharze sein. Wichtig ist, dass sie den entsprechenden Schutz der Bauteile vor äußeren Einflüssen bieten.
-
Zum Schutz der Bauelemente wird herkömmlicherweise der gesamte Gehäuseraum mit der schützenden Masse umspritzt bzw. vergossen, das heißt, dass Sensoren, Teile der Elektronik oder die komplette Elektronik mit geeigneten Materialen wie z.B. Duroplast oder anderen Vergussmassen, wie oben erwähnt, umspritzt bzw. vergossen werden. Allerdings ist ein sehr großes Volumen der Vergussmasse erforderlich, wenn große Bauelemente wie Kondensatoren umhüllt werden müssen. Dies kann zu negativen Effekten, z.B. mechanischen und thermischen Spannungen führen. Diese Spannungen können z.B. zu Rissen führen oder die elektrischen Bauelemente so belasten, dass es zu Ausfällen kommt.
-
Ein Beispiel einer alternativen Verkapselung zur Lösung dieses Problems ist in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2012 210 572 A1 gezeigt, welche ein Konzept zum Abdichten eines Gehäuseraums gegenüber einer Umgebung offenbart, bei der nicht der komplette Gehäuseraum mit einer Vergussmasse gefüllt wird.
-
Aufgrund der Tatsache, dass elektronische Steuergeräte dauerhaft dem Trend unterliegen, bei gleichbleibendem oder steigendem Funktionsumfang im Preis immer günstiger zu werden bzw. werden zu müssen, ist es ein Ziel, weitere Konzepte bereitzustellen, durch welche das Vergießen bzw. Umspritzen kostengünstiger wird ohne dabei die Funktion des Schutzes zu verlieren.
-
Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Konzept zur verbesserten Abdichtung eines Gehäuseraums für ein Steuergerät bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Steuergerät mit einer mit Bauelementen bestückten Leiterplatte, wobei die auf der Leiterplatte angeordneten Bauelemente mit einer Kapselung vollständig umgeben sind, und wobei die Bauelemente große Bauelemente und andere Bauelemente umfassen, und wobei ein Füllelement derart gebildet und angeordnet ist, dass es einen Bereich innerhalb der Kapselung einnimmt.
-
Durch die Bereitstellung eines Füllelements kann ein Großteil des Volumens der Verguss- bzw. Umspritzmasse eingespart werden, so dass Kosten gesenkt werden.
-
In einer Ausgestaltung besteht das Füllelement aus einem Teil, der eine Breite und eine Dicke aufweist und Ausnehmungen für darin anzuordnende Bauelemente, insbesondere große Bauelemente, aufweist.
-
Der Vorteil der Bereitstellung eines Füllelements aus einem einzelnen Teil besteht darin, dass dieses Teil stabil ist und die Anordnung bei der Montage einfach erfolgen kann, da die Ausnehmungen für die großen Bauelemente die Platzierung vorgeben.
-
In einer Ausgestaltung umfasst das Füllelement zumindest zwei Teile, die jeweils eine Breite und eine Dicke aufweisen. In einer Ausführung sind die Teile des Füllelements zwischen dem äußeren Rand der Kapselung und einem der großen Bauelemente und/oder zwischen zwei großen Bauelementen angeordnet.
-
Durch die Unterteilung der Verguss- bzw. Umspritzmasse in mehrere Bereiche wird die mechanische Belastung verringert, so dass die Anfälligkeit für Risse verringert.
-
In einer Ausgestaltung sind die Teile des Füllelements übereinander mit einem Abstand zueinander angeordnet. In manchen Anwendungen kann es aus Kosten- oder anderen Gründen nötig sein, mehrere gleich große Teile des Füllelements zu verwenden und übereinander anzuordnen, um z.B. weniger Volumen der Umspritz- bzw. Vergussmasse zu benötigen.
-
In einer Ausgestaltung sind Abschnitte zwischen den Ausnehmungen oder einzelne Teile des Füllelements zwischen großen Bauelementen und dem äußeren Rand der Kapselung und/oder zwischen zwei großen Bauelementen derart angeordnet, dass sie zumindest einen Bereich bilden, in dem zumindest ein anderes Bauelement von der Kapselung vollständig umgeben ist.
-
Der Vorteil der Bereitstellung eines Füllelements aus einem mehreren Teilen besteht darin, dass diese flexibel angeordnet werden können, d.h. es kann ein Teil in einer anderen Position, z.B. Höhe, angeordnet werden als ein anderes Teil. Auch kann die Breite und Dicke jedes der Teile einzeln gewählt werden, je nach Anwendung.
-
In einer Ausgestaltung ist das Material des Füllelements derart gewählt, dass die Kapselung nicht daran anhaftet. Dies hat den Vorteil, dass somit Spannungen ausgeglichen und Risse in der Kapselung vermieden werden können.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines verkapselten Steuergeräts gemäß dem Stand der Technik.
-
2 zeigt eine schematische Darstellung eines verkapselten Steuergeräts gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
-
3 zeigt eine schematische Darstellung eines verkapselten Steuergeräts gemäß einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung.
-
In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines verkapselten Steuergeräts 10 gemäß dem Stand der Technik. In aktuellen Serienanwendungen werden Steuergeräte mit klassischem Gehäuse 20 ausgeführt, das z.B. aus einem Deckel oder einer Kappe aus Kunststoff oder Metall, z.B. Aluminium, besteht, und das Steuergerät 10, vor allem die darauf befindliche Leiterplatte 1 mit der empfindlichen Elektronik 2 und 3 mit geeigneten Maßnahmen gegenüber äußeren Einflüssen abkapselt. Die Erweiterung der reinen Abdeckung mit einem Gehäuse 20 besteht darin, dass eine Kapselung 4 mittels z.B. Duroplast-Umspritzung oder Verguss auf der Leiterplatte 1 erfolgt.
-
Je nachdem, ob die Leiterplatte 1 einseitig oder beidseitig bestückt ist, wird der Verguss 4 bzw. die Umspritzung nur auf der Oberseite oder auch auf der Unterseite der Leiterplatte 1 angebracht. Je nach Anwendung kann auch ein zusätzlicher Kühlkörper 30 auf der Seite der Leiterplatte 1 angeordnet sein, deren Bauelemente 2 einer Kühlung bedürfen. Dies kann vor allem bei Hochleistungsbauelementen wie IC’s (Integrated Circuits bzw. Integrierte Schaltkreise) oder auch Widerständen nötig sein. Die Anordnung des Kühlkörpers 30 hängt dabei von der Anwendung ab und wird vom Fachmann entsprechend gewählt.
-
Nachfolgend wird aufgrund der einfacheren Verständlichkeit lediglich der Begriff Umhüllung für Verguss, Umspritzung etc. verwendet.
-
In den Figuren ist eine beidseitig bestückte Leiterplatte 1 dargestellt, wobei die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Es kann auch eine einseitig bestückte Leiterplatte 1 mit derselben Technik umhüllt werden.
-
Ferner werden mit Bezug auf große Bauelemente 3 vor allem Kondensatoren beschrieben. Die Erfindung ist allerdings nicht auf Kondensatoren beschränkt. Vielmehr können jegliche Bauelemente als große Bauelemente bezeichnet werden, die wegen ihrer Größe ein größeres Volumen der Umhüllmasse erfordern.
-
2 und 3 zeigen schematische Darstellungen eines verkapselten Steuergeräts gemäß unterschiedlichen Ausführungen der vorliegenden Erfindung. Es werden dieselben Bezugszeichen für gleiche Elemente wie in 1 verwendet.
-
In 2 ist eine beidseitig mit unterschiedlichen, teils elektrischen bzw. elektronischen Bauelementen 2 und 3 bestückte Leiterplatte 1 gezeigt. Als Bauelemente 2 und 3 können beispielsweise IC’s, Widerstände, Kondensatoren, etc. dienen, wobei diese je nach Anwendung gewählt werden und in unterschiedlichen Ausführungen auf der Leiterplatte 1 angeordnet sein können. Ferner ist die Leiterplatte 1 mit den Bauelementen 2 und 3 mit einer Kapselung 4 wie für 1 beschrieben umhüllt. Die Kapselung 4 ist beispielsweise eine Verguss- oder Umspritzmasse, die flüssig aufgebracht wird und später aushärtet, wie oben mit Bezug zum Stand der Technik beschrieben. Geeignete Materialien sind dabei beispielsweise Duroplasten oder wie oben beschrieben Epoxidharze oder Silikone oder andere geeignete Materialien.
-
In 2 und 3 sind auf einer Seite der Leiterpatte 1 angeordnete große Bauelemente 3 wie z.B. Kondensatoren gezeigt, die ebenfalls von der Umhüllung umgeben sein sollen. Um solche große Bauelemente 3 ebenfalls mit der Umhüllung bzw. Kapselung 4 zu umgeben ist ein großes Volumen an Umhüllmasse erforderlich. Um dieses Volumen möglichst gering zu halten und damit die Kosten zu senken, ist ein Füllelement 5 in den Raum eingebracht, der die großen Bauelemente 3 enthält. Dieses Füllelement 5 kann aus Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material bestehen. Das Material muss lediglich derart gewählt sein, dass keine Interaktion mit den Bauelementen entsteht, vor allem keine elektrischen Störungen verursacht werden.
-
Das Füllelement 5 kann je nach Anwendung und nötiger Kosteneinsparung entsprechend gewählt werden. Das heißt, dass es nicht auf eine bestimmte Dicke d bzw. Breite b beschränkt ist. Auch kann das Füllelement 5 aus mehreren Teilen mit unterschiedlicher oder gleicher Breite b, wie in 2 gezeigt, oder aus einem einzigen Teil der Breite b mit Ausnehmungen, wie in 3 gezeigt, gebildet sein. Es können auch mehrere Teile des Füllelements 5 in unterschiedlicher Breite b und Dicke d übereinander angeordnet werden, um mehrere Bereiche in der vertikalen Richtung abzutrennen, je nach Anwendung. Auch muss das Füllelement nicht wie in den Figuren gezeigt rechteckig ausgeführt sein, es kann auch eine andere geeignete Form wie z.B. (annähernd) kugelförmig oder oval aufweisen.
-
In 2 und 3 ist die Dicke d des Füllelements für jeden Teil bzw. über das gesamte Füllelement 5 hin als gleich bzw. gleichmäßig gezeigt. Diese Darstellung dient lediglich der Anschaulichkeit. Die Dicke d kann je nach Bedarf in unterschiedlichen Bereichen bzw. Teilen auch unterschiedlich sein.
-
Je nach Ausführung des Füllelements 5 kann es als Trennelement für zwei oder mehrere Bereiche dienen. Das heißt, dass je nach Größe des Füllelements 5 die Räume gezielt aufgeteilt werden können, was zu einer Gewichtseinsparung führen kann. Beispielsweise können Bereiche, in denen keine großen Bauelemente 3 vorhanden sind, durch das Füllelement 5 derart abgeteilt werden, dass nur der Bereich von der Kapselung 4 umgeben wird, der nötig ist, die darin vorhandenen Bauelemente 2 vollständig zu umhüllen. Somit kann Umhüllmasse 4 eingespart werden und das Risiko der mechanischen Belastung verringert werden, da weniger Masse benutzt wird. Bereiche mit großen Bauelementen 3 können derart abgetrennt werden, dass die vollständig von der Umhüllmasse 4 umgeben werden, wobei diese sogar durch weitere Füllelemente 5 in kleinere Bereiche bzw. Teile geteilt werden kann, so dass z.B. mechanische Spannungen verringert werden können.
-
Durch jede der gezeigten Ausführungen des Füllelements 5 kann die Umhüllmasse 4 nicht nur reduziert werden, was sowohl Kosten reduziert als auch vorteilhaft für den Prozess zum Aufbringen der Masse ist. Zusätzlich kann die Umhüllung 4 in zwei oder mehrere Blöcke unterteilt werden, so dass weniger mechanische Spannungen entstehen. Außerdem kann das Material des Füllelements 5 so gewählt werden, dass es an der die Umhüllmasse 4 nicht haftet, wodurch Spannungen besser ausgeglichen werden können. Ein Herausrutschen des Füllelements 5 aus der Kapselung 4 kann vor allem dadurch verhindert werden, dass sich das Füllelement 5 innerhalb der Umhüllmasse bzw. Kapselung 4 befindet, so dass es davon komplett umgeben ist. Die Umhüllmasse 4 kann aber trotzdem so gewählt werden, dass sie an den zu umhüllenden Bauelementen 2 und 3 und an der Leiterplatte 1 sicher anhaftet.
-
In den 2 und 3 sind, wie in 1 jeweils eine Abdeckung 20 und ein Kühlkörper 30 gezeigt. Diese Elemente sind optional und werden je nach Anwendung vom Fachmann weggelassen oder hinzugefügt. Wenn eine Abdeckung 20 hinzugefügt wird, sollte zwischen Abdeckung 20 und Füllelement 5 ein ausreichend großer Bereich verbleiben, der mit der Kapselung, also der Umhüllmasse 4, gefüllt ist, so dass keine Spannungen zwischen dem Füllelement 5 und der Abdeckung 20 entstehen.
-
Durch das vorliegende Konzept können trotz Einsparung an Umhüllmasse 4 aufgrund des Füllelements 5 alle Bauelemente 2 und 3 mit der Umhüllmasse komplett umhüllt werden, so dass die Dichtheit sichergestellt ist und zusätzlich Kosten eingespart werden können.
-
Das vorliegende Konzept kann auch bei Bauelementen 2 angewendet werden, die keine großen Unterschiede in ihrer Größe aufweisen. Es muss lediglich sichergestellt werden, dass die Dichtigkeit gegenüber äußeren Einflüssen nicht beeinträchtigt wird und die Kapselung bzw. Umhüllmasse 4 sicher an der Leiterplatte 1 und anderen gewünschten Bauteilen anhaftet.
-
Unter vollständiger Umhüllung ist zu verstehen, dass die Bauelemente 2 und 3 gegenüber äußeren Einflüssen geschützt sind, das heißt, dass die Umhüllung gegenüber der Umgebung vollständig ist. Das innerhalb der Kapselung 4 eingebettete Füllelement 5 erfüllt diese Bedingung ebenfalls, d.h. dass die Verkapselung 4 mit dem darin befindlichen Füllelement 5 die Bauelemente 2 und 3 vollständig umhüllt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Steuergerät
- 1
- Leiterplatte
- 2
- elektrische Bauelemente
- 3
- große Bauelemente
- 4
- Kapselung
- 5
- Füllelement
- d
- Dicke
- b
- Breite
- 20
- Abdeckung
- 30
- Kühlkörper
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102012210572 A1 [0005]
