DE102017220105A1

DE102017220105A1 - Elektromagnetisches Steuerungssystem

Info

Publication number: DE102017220105A1
Application number: DE102017220105.3A
Authority: DE
Inventors: Steffen Hübner; David Moczko; Florian Wetzel
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2019-05-16
Also published as: US10881038B2; US20190150330A1; CN109769385B; CN109769385A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Steuerungssystem (1) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug. Das Steuerungssystem (1) weist dabei wenigstens einen Aktuator (2) und/oder wenigstens einen Sensor (3) auf. Ferner umfasst das Steuerungssystem (1) ein Schutzgehäuse (5) mit einem Innenraum (4), in dem der wenigstens eine Aktuator (2) und/oder der wenigstens eine Sensor (3) angeordnet ist. Durch das Schutzgehäuse (5) sind elektromagnetische Störfelder (12) zumindest teilweise abschirmbar.
Erfindungsgemäß weist das Schutzgehäuse (5) einen Spritzgusskörper (6) aus einem Kunststoffmaterial mit einer Störfelderschutzzone (7) zum Abschirmen der elektromagnetischen Störfelder (12) auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Steuerungssystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein elektromagnetisches Steuerungssystem weist Aktuatoren und/oder Sensoren auf, die in einem Gehäuse angeordnet und auf diese Weise von äußeren Einflüssen geschützt sind. Die Aktuatoren und die Sensoren nutzen dabei elektromagnetische Felder zum Erfassen von Daten und/oder zum Steuern eines weiteren mechanischen Systems. Durch externe elektromagnetische Störfelder kann jedoch die Funktion eines solchen elektromagnetischen Steuerungssystems eingeschränkt oder gestört werden. Durch das üblicherweise aus einem Kunststoff hergestellte Gehäuse können die elektromagnetischen Störfelder nicht abgeschirmt werden.
Insbesondere in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug können starke elektromagnetische Störfelder durch ein Hochspannungsnetz einer Traktionsbatterie entstehen. Um eine Fehlfunktion des elektromagnetischen Steuerungssystems in dem Elektro- oder Hybridfahrzeug zu vermeiden, müssen besondere Schutzmaßnahmen getroffen werden. Beispielsweise kann das Gehäuse des elektromagnetischen Steuerungssystems aus einem ferritischen Stahl hergestellt und die elektromagnetischen Störfelder abgeschirmt werden. Nachteiligerweise ist ein derartiges Gehäuse teuer und aufwendig in Herstellung. Alternativ können auch stärkere Aktuatoren und/oder stärkere Magnete und/oder empfindlichere Sensoren in dem elektromagnetischen Steuerungssystem verwendet werden, was ebenfalls mit hohen Kosten verbunden ist. Eine nachträgliche Anpassung des Gehäuses und des Steuerungssystems an geänderte Schutzerfordernisse ist ferner insbesondere aufgrund eines engen Bauraumes nur mit einem enormen Aufwand verbunden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für ein elektromagnetisches Steuerungssystem der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein elektromagnetisches Steuerungssystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, weist dabei wenigstens einen Aktuator und/oder wenigstens einen Sensor auf. Das Steuerungssystem umfasst ferner ein Schutzgehäuse mit einem Innenraum, in dem der wenigstens eine Aktuator und/oder der wenigstens eine Sensor angeordnet sind. Durch das Schutzgehäuse sind dabei elektromagnetische Störfelder zumindest teilweise abschirmbar. Erfindungsgemäß weist das Schutzgehäuse einen Spritzgusskörper aus einem Kunststoffmaterial mit einer Störfelderschutzzone zum Abschirmen der elektromagnetischen Störfelder auf.
Der Spritzgusskörper kann beispielsweise in einem Spritzgussverfahren kostengünstig hergestellt sein und eine von dem jeweiligen Steuerungssystem abhängige Form aufweisen. Insbesondere sind eine Arretiervorrichtung und/oder eine Halterung je nach dem Steuerungssystem mitherstellbar, ohne dass die Herstellungskosten des Schutzgehäuses und folglich des Steuerungssystems sich wesentlich erhöhen. Die Störfelderschutzzone ist dabei von dem Spritzgusskörper umfasst und schirmt die elektromagnetischen Störfelder zumindest teilweise ab.
Dabei verlaufen elektromagnetische Feldlinien der elektromagnetischen Störfelder um den Innenraum des Schutzgehäuses, so dass der wenigstens eine Aktuator und/oder der wenigstens eine Sensor in dem Schutzgehäuse nicht oder nur gering beeinflusst werden. Die Störfelderschutzzone kann sich dabei bereichsweise über den Spritzgusskörper erstrecken und nur den Aktuator und/oder den Sensor von den elektromagnetischen Störfeldern abschirmen. Alternativ kann die Störfelderschutzzone sich auch über den gesamten Spritzgusskörper erstrecken. Der wenigstens eine Aktuator und/oder der wenigstens eine Sensor sind auf diese Weise von den elektromagnetischen Störfeldern abgeschirmt und die Funktionen des elektromagnetischen Steuerungssystems bleiben erhalten.
Das Steuerungssystem kann dabei eine Abgasklappensteuerung, eine Saugrohrsteuerung, eine Ventilsteuerung eines Ladeluftregelungssystems, eine Verteilergetriebesteuerung, eine Abgasrückführungsteuerung, eine Thermostatventilsteuerung, eine Wastegatesteuerung eines Abgasturboladers oder eine Stellersteuerung eines Variable-Turbinengeometrie-Lader oder eine Elektromotorsteuerung sein.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Steuerungssystems ist vorgesehen, dass die Störfelderschutzzone in dem Spritzgusskörper durch ein Störfelderschutzteil gebildet ist. So kann beispielsweise das Störfelderschutzteil eine dem Innenraum folgende Form aufweisen und aus einem die elektromagnetischen Störfelder abschirmenden Material bestehen. Das abschirmende Material kann dabei ferromagnetisch und/oder paramagnetisch und/oder diamagnetisch sein und sich von dem Kunststoffmaterial des Spritzgusskörpers unterscheiden. Das Störfelderschutzteil kann dabei ein Sinterbauteil, ein Stanzbauteil oder ein Biegeteil sein. So kann das Störfelderschutzteil beispielsweise aus einem Stahlblech in einem Stanzverfahren hergestellt sein. Ferner kann das Störfelderschutzteil den Innenraum des Schutzgehäuses bereichsweise oder vollständig ummanteln, so dass die elektromagnetischen Störfelder auch bereichsweise oder vollständig abgeschirmt werden. Das Störfelderschutzteil kann an dem Spritzgusskörper kraft-, stoff- oder formschlüssig festgelegt oder alternativ in das Kunststoffmaterial zumindest bereichsweise eingebettet sein. So kann das Störfelderschutzteil in das Kunststoffmaterial des Spritzgusskörpers beispielsweise vollständig eingebettet sein oder von dem Kunststoffmaterial innenseitig oder außenseitig umgeben sein.
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Steuerungssystems ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass in das Kunststoffmaterial des Spritzgusskörpers mehrere Materialstücke beigemischt sind und dadurch die Störfelderschutzzone gebildet ist. Die mehreren Materialstücke können dabei wenige Mikrometer bis wenige Millimeter groß sein, so dass ein Herstellen des Spritzgusskörpers durch die beigemischten Materialstücke nicht oder nur gering beeinflusst wird. Auf diese Weise ist der Spritzgusskörpers besonders aufwandreduziert und kostengünstig herstellbar. Je nach der beigemischten Menge der Materialstücke kann ferner die abschirmende Wirkung des Schutzgehäuses je nach dem Steuerungssystem und dem Anwendungsfall variiert werden, so dass der konstruktive Herstellungsaufwand deutlich reduziert ist. Ferner ist die abschirmende Wirkung des Schutzgehäuses auch bei einem bereits bestehenden Steuerungssystem je nach dem kundenspezifischen Anwendungsfall oder bei einer steigenden Schutzanforderung nachträglich mit einem reduzierten konstruktiven Herstellungsaufwand verbesserbar. Die Materialstücke können dabei aus einem ferromagnetischen und/oder paramagnetischen und/oder diamagnetischen Material bestehen. Ferner können die Materialstücke flocken-, spänen-, kugel- oder zylinderförmig sein.
Um auch elektrische Störfelder abschirmen zu können, kann das Kunststoffmaterial des Spritzgusskörpers elektrisch leitend und der Spritzgusskörper geerdet sein. Dadurch kann ein sogenannter faradayscher Käfig in dem Innenraum der Schutzgehäuses gebildet sein, der elektrische Störfelder vorteilhafterweise abschirmt. Auf gleiche Weise sind elektrische Störfelder auch durch das elektrisch leitende und geerdete Störfelderschutzteil in dem Spritzgusskörper abschirmbar.
Vorteilhafterweise kann ferner vorgesehen sein, dass der Spritzgusskörper mit einer Wärmesenke wärmeübertragend verbunden ist. Der Spritzgusskörper bildet dabei eine Wärmequelle, so dass die in dem Spritzgusskörper erzeugte Wärme an die Wärmesenke abgegeben und der Spritzgusskörper gekühlt wird. Vorteilhafterweise kann die Wärmesenke mit dem Störfelderschutzteil wärmeübertragend verbunden und das Störfelderschutzteil mittels einer Kunststoffisolierung nach außen wärmeisoliert sein. Die Wärmesenke kann dabei über einen Kühlmittelstrom die in dem Störfelderschutzteil erzeugte Wärme abführen. Die Kunststoffisolierung verhindert dabei ein Erhitzen des Störfelderschutzteils und des von dem Störfelderschutzteil abgeschirmten Steuerungssystems durch umgebende Bauteile wie beispielsweise einen Elektromotor.
Das Schutzgehäuse kann zudem wenigstens ein Zusatzgehäuseteil aufweisen, das an dem Spritzgusskörper stoffschlüssig, bevorzugt durch ein Ultraschallschweißen, festgelegt ist. Vorteilhafterweise sind auf diese Weise auch komplexe Geometrien des Schutzgehäuses kostengünstig und aufwandreduziert realisierbar.
In dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem werden die elektromagnetischen Störfelder durch das Schutzgehäuse abgeschirmt und der wenigstens eine Aktuator und/oder der wenigstens eine Sensor werden effizient geschützt. Ferner ist das Schutzgehäuse kostengünstig und aufwandreduziert herstellbar, wodurch sich die Herstellungskosten des gesamten Steuerungssystems reduzieren. Vorteilhafterweise lassen sich auch komplexe Geometrien des Schutzgehäuses kostengünstig realisieren.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Steuerungssystems, das mit einer Wärmesenke wärmeübertragend verbunden ist;
2 eine Schnittansicht eines alternativ ausgestalteten und geerdeten Steuerungssystems;
3 eine Schnittansicht eines weiteren alternativ ausgestalteten Steuerungssystems in einem elektromagnetischen Störfeld.

1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Steuerungssystems 1. Das Steuerungssystem 1 ist für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, geeignet und kann beispielsweise eine Abgasklappensteuerung, eine Saugrohrsteuerung, eine Ventilsteuerung eines Ladeluftregelungssystems, eine Verteilergetriebesteuerung, eine Abgasrückführungsteuerung, eine Thermostatventilsteuerung oder eine Elektromotorsteuerung sein. Das Steuerungssystem 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Aktuator 2 und einen Sensor 3 auf, die elektromagnetische Felder zum Erfassen von Daten und zum Steuern eines weiteren mechanischen Systems nutzen. Der Aktuator 2 und der Sensor 3 sind dabei in einem Innenraum 4 eines Schutzgehäuses 5 angeordnet. Das Schutzgehäuse 5 umfasst dabei ein Spritzgusskörper 6 aus einem Kunststoffmaterial mit einer Störfelderschutzzone 7 zum Abschirmen elektromagnetischer Störfelder.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Störfelderschutzzone 7 in dem Spritzgusskörper 6 durch ein Störfelderschutzteil 8 gebildet. Das Störfelderschutzteil 8 besteht aus einem ferromagnetischen und/oder paramagnetischen und/oder diamagnetischen Material und ist in den Spritzgusskörpers 6 vollständig eingebettet. Das ferromagnetische und/oder paramagnetische Material wirkt als ein magnetischer Bypass, so dass die Magnetfeldliniendichte in dem Störfelderschutzteil 8 steigt. Das diamagnetische Material lenkt die Magnetfeldlinien ab, so dass die Magnetfeldliniendichte in dem Störfelderschutzteil 8 gesenkt wird. Vorteilhafterweise können das ferromagnetische und/oder paramagnetische Material mit dem diamagnetischen Material kombiniert sein, um eine geforderte abschirmende Wirkung zu erreichen. Alternativ kann das Störfelderschutzteil 8 auch bereichsweise in den Spritzgusskörper 6 eingebettet sein oder an dem Spritzgusskörper 6 kraft-, stoff- oder formschlüssig festgelegt sein. Das Störfelderschutzteil 8 weist ferner eine dem Innenraum 4 folgende Form auf und ummantelt den Aktuator 2 und den Sensor 3 in dem Innenraum 4 vollständig. Auf diese Weise werden elektromagnetische Störfelder durch das Störfelderschutzteil 8 abgeschirmt und der Aktuator 2 sowie der Sensor 3 geschützt. Insbesondere kann dadurch die Fehlfunktion des Steuerungssystems 1 vermieden werden.
Ferner ist das Schutzgehäuse 5 mit einer Wärmesenke 9 wärmeübertragend verbunden, so dass die in dem Spritzgusskörper 6 des Schutzgehäuses 5 erzeugte Wärme an die Wärmesenke 9 abgegeben und der Spritzgusskörper 6 gekühlt wird.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht des alternativ ausgestalteten Steuerungssystems 1. In diesem Ausführungsbeispiel sind mehrere Materialstücke 10 in das Kunststoffmaterial des Spritzgusskörpers 6 beigemischt und dadurch ist die Störfelderschutzzone 7 gebildet. Die Störfelderschutzzone 7 erstreckt sich dabei nur bereichsweise in dem Spritzgusskörper 6 und ummantelt vollständig den Aktuator 2 und den Sensor 3 in dem Innenraum 4. Die Materialstücke 10 sind in diesem Ausführungsbeispiel rund ausgeformt und bestehen aus einem ferromagnetischen und/oder paramagnetischen und/oder diamagnetischen Material. Die mehreren Materialstücke 10 sind dabei derart bemessen, dass der Spritzgusskörper 6 auf eine bekannte Weise in einem Spritzgussverfahren herstellbar ist. Je nach der beigemischten Menge der Materialstücke 10 kann ferner die abschirmende Wirkung des Schutzgehäuses 5 je nach dem Steuerungssystem 1 und dem Anwendungsfall vorteilhafterweise variiert werden.
In diesem Ausführungsbeispiel ist zudem das Kunststoffmaterial des Spritzgusskörpers 6 elektrisch leitend und der Spritzgusskörper 6 geerdet. In dem Innenraum 4 ist dadurch ein sogenannter faradayscher Käfig gebildet, der auch elektrische Störfelder abschirmt.
In 3 ist eine Schnittansicht des Steuerungssystems 1 in einer weiteren alternativen Ausführungsform gezeigt. Hier ist die Störfelderschutzzone 7 durch das Störfelderschutzteil 8 und die Materialstücke 10 in dem Spritzgusskörper 6 gebildet. Das Schutzgehäuse 5 weist zudem ein Zusatzgehäuseteil 11 auf, das an dem Spritzgusskörper 6 beispielsweise durch ein Ultraschallschweißen festgelegt ist. Das Steuerungssystem 1 befindet sich hier in einem elektromagnetischen Störfeld 12, das durch die Störfelderschutzzone 7 in dem Spritzgusskörper 6 abgeschirmt ist. Dabei verlaufen elektromagnetische Feldlinien 13 des elektromagnetischen Störfelds 12 über die Störfelderschutzzone 7 und um den Innenraum 4 des Schutzgehäuses 5, so dass der Aktuator 2 und der Sensor 3 in dem Schutzgehäuse 5 von dem Störfeld 12 nicht oder nur gering beeinflusst werden. Vorteilhafterweise kann dadurch eine Fehlfunktion des Steuerungssystems 1 vermieden werden.
In dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem 1 werden die elektromagnetischen Störfelder 12 vorteilhaft durch das Schutzgehäuse 5 abgeschirmt und eine Fehlfunktion des Steuerungssystems 1 vermieden. Ferner ist das Schutzgehäuse 5 kostengünstig und aufwandreduziert herstellbar.

Claims

Elektromagnetisches Steuerungssystem (1) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, - wobei das Steuerungssystem (1) wenigstens einen Aktuator (2) und/oder wenigstens einen Sensor (3) aufweist, - wobei das Steuerungssystem (1) ein Schutzgehäuse (5) mit einem Innenraum (4) umfasst, in dem der wenigstens eine Aktuator (2) und/oder der wenigstens eine Sensor (3) angeordnet ist, - wobei durch das Schutzgehäuse (5) elektromagnetische Störfelder (12) zumindest teilweise abschirmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgehäuse (5) einen Spritzgusskörper (6) aus einem Kunststoffmaterial mit einer Störfelderschutzzone (7) zum Abschirmen der elektromagnetischen Störfelder (12) aufweist.
Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Störfelderschutzzone (7) in dem Spritzgusskörper (6) durch ein Störfelderschutzteil (8) gebildet ist, das in das Kunststoffmaterial zumindest bereichsweise eingebettet und/oder an dem Spritzgusskörper (6) kraft-, stoff- oder formschlüssig festgelegt ist.
Steuerungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, - dass das Störfelderschutzteil (8) in das Kunststoffmaterial des Spritzgusskörpers (6) vollständig eingebettet ist, oder - dass das Störfelderschutzteil (8) von dem Kunststoffmaterial innenseitig oder außenseitig umgeben ist.
Steuerungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Störfelderschutzteil (8) aus einem ferromagnetischen Material und/oder aus einem paramagnetischen Material und/oder einem diamagnetischen Material besteht.
Steuerungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Kunststoffmaterial des Spritzgusskörpers (6) mehrere Materialstücke (10) beigemischt sind und dadurch die Störfelderschutzzone (7) gebildet ist.
Steuerungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstücke (10) aus einem ferromagnetischen Material und/oder aus einem paramagnetischen Material und/oder einem diamagnetischen Material bestehen.
Steuerungssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstücke (10) flocken-, spänen-, kugel- oder zylinderförmig sind.
Steuerungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass das Kunststoffmaterial des Spritzgusskörpers (6) elektrisch leitend ist und der Spritzgusskörper (6) geerdet ist, und/oder - dass das Störfelderschutzteil (8) elektrisch leitend und geerdet ist.
Steuerungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzgusskörper (6) mit einer Wärmesenke (9) wärmeübertragend verbunden ist.
Steuerungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (9) mit dem Störfelderschutzteil (8) wärmeübertragend verbunden ist, wobei das Störfelderschutzteil (8) mittels einer Kunststoffisolierung nach außen wärmeisoliert ist.
Steuerungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgehäuse (5) wenigstens ein Zusatzgehäuseteil (11) aufweist, das an dem Spritzgusskörper (6) stoffschlüssig, bevorzugt durch ein Ultraschallschweißen, festgelegt ist.
Steuerungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungssystem (1) eine Abgasklappensteuerung, eine Saugrohrsteuerung, eine Ventilsteuerung eines Ladeluftregelungssystems, eine Verteilergetriebesteuerung, eine Abgasrückführungsteuerung, eine Thermostatventilsteuerung, eine Wastegatesteuerung eines Abgasturboladers oder eine Stellersteuerung eines Variable-Turbinengeometrie-Lader oder eine Elektromotorsteuerung ist.