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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder und ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug mit einem Steckverbinder.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik, z.B. für Kraftfahrzeug-Anwendungen, sind elektrische Steckverbinder bekannt, die mit komplementären Gegensteckverbindern zu einer Steckverbinderanordnung zusammengesteckt werden können. Derartige Steckverbinder sind oft auch in zweiadriger Ausführung (das bedeutet: zwei Leitungen) dafür ausgebildet, ein mit den Leitungen des Steckverbinders verbundenes Gerät, z.B. ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, mit Strom zu versorgen.
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Derartige Steckverbinder mitsamt ihren Leitungen sind in ihrer Funktionalität somit auf das mechanische / geometrische Zusammenwirken mit dem entsprechenden, komplementären Gegensteckverbinder sowie auf das Leiten elektrischen Stroms beschränkt.
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Derartige Steckverbinder sind z.B. von typischen Haushaltsgeräten wie z.B. Fernsehern bekannt - z.B. die typischen, sogenannten EURO-Stecker (gemäß der Norm: OEVE IG/EN 50075/1990) oder SCHUKO-Stecker. Ähnliche Steckverbinder werden - mit anderer Steckverbindergehäuse-Geometrie - in analoger Weise auch für die Stromversorgung von Geräten, insbesondere Steuergeräten, in Kraftfahrzeugen verwendet.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass insbesondere im Kraftfahrzeugbereich in jüngerer Zeit die Anzahl von zu erfassenden physikalischen Größen zunimmt. Beispielsweise wird es für wünschenswert gehalten, einzelne Komponenten in einem Automobil, z.B. ein Steuergerät, individuell (also eineindeutig) erkennen und zuordnen zu können und über diese Komponente eine Historie bezüglich verschiedener physikalischer Parameter anzulegen, denen die Komponente in ihrem Leben ausgesetzt ist. Dadurch kann z.B. erkannt werden, ob die Komponente beschädigt worden sein könnte oder eine Wartung angeraten erscheint. Derartige Log-Dateien können z.B. in einen Cloud-Speicher geladen werden oder bei einer Wartung in der Werkstatt aus einem Speicher im Kraftfahrzeug abgerufen werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass nicht jede Komponente geeignet ist, mit entsprechenden Sensorelementen ausgestattet zu werden - sei es, weil der Platz in der Komponente fehlt, sei es, weil die Komponente schon vor längerer Zeit konstruiert wurde, damals kein derartiger Bedarf bestand und eine Umkonstruktion nicht möglich ist oder eine aufwändige, unrentable Nacherprobung bedeuten würde.
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Es kann daher ein Bedarf bestehen, Sensorik für physikalische Größen nahe an den Komponenten bereitzustellen, wobei einzelne Komponenten und deren Anschlussgeometrien (z.B. Steckverbinderanschlüsse) nicht geändert werden sollen. Gleichzeitig sollen die erfassten Daten den einzelnen Komponenten möglichst individualisiert zugeordnet werden können. Schließlich sollen auch möglichst keine zusätzlichen Leitungen für Sensorelemente (Bestromung und Signale) verwendet werden, da die verfügbaren Steckerschnittstellen teilweise bereits mehrere hundert Leitungen zusammenführen müssen und die Konfektionierung von Kabelbäumen sowie deren Verlegung im Kraftfahrzeug immer aufwändiger werden.
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Vorteile der Erfindung
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Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Steckverbinder zum Zusammenstecken entlang einer Einsteckrichtung mit einem Gegensteckverbinder vorgeschlagen. Der Steckverbinder weist auf:
- -- ein Steckverbindergehäuse;
- -- wenigstens zwei Leitungen;
- -- wenigstens ein Sensorelement zur Erfassung wenigstens einer physikalischen Größe. Das Sensorelement ist in dem Steckverbindergehäuse angeordnet, wobei das Sensorelement mit wenigstens zwei der wenigstens zwei Leitungen elektrisch verbunden ist, wobei das Sensorelement eine elektronische Kennung aufweist. Das Sensorelement ist dazu ausgebildet, die erfassten Daten und die elektronische Kennung mittels einer Strommodulation über die wenigstens zwei Leitungen, mit denen es elektrisch verbunden ist, zu senden.
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Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass das Sensorelement durch die beiden Leitungen einerseits mit der Betriebsspannung versorgt werden und dass diese Leitungen gleichzeitig zum Senden bzw. zur Ausgabe der Kennung und/oder der erfassten Daten dienen können. Somit werden lediglich zwei Leitungen benötigt, um Spannungsversorgung und/oder Stromversorgung und/oder Signalausgabe zu bewirken.
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Gleichzeitig wird auf diese Weise vorteilhaft ermöglicht, dass der Steckverbinder, der z.B. mit seinen Leitungen ein Gerät, z.B. ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, mit Strom versorgt, nicht nur als Strom- bzw. Spannungsanschluss dient sondern auch hochrelevante physikalische Größen erfassen und übermitteln kann, z.B. Drehrate, Beschleunigung, Temperatur, Druck, etc. Dadurch kann durch Implementierung der gewünschten Sensorik in ein kostengünstiges Massenprodukt (Steckverbinder mit Leitungen) erreicht werden, dass auf die kostenträchtige Implementierung dieser Sensorik in mit dem Steckverbinder verbundene Geräte verzichtet werden kann. Dadurch können neben einem geringen Preis auch eine hohe Fertigungssicherheit und eine besonders niedrige Ausfallrate erzielt werden.
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Durch die räumliche Nähe des Steckverbinders zu dem daran angeschlossenen Gerät - z.B. bei Leitungslängen von weniger als 100cm, bevorzugt weniger als 50cm, ganz besonders bevorzugt weniger als 25cm - wird vorteilhaft die relevante physikalische Größe somit annährend an dem Ort des angeschlossenen Geräts erfasst und ist damit für das angeschlossene Gerät aussagekräftig. Auf diese Weise lässt sich die kostenträchtige Implementierung der Sensorik in den mit dem Steckverbinder verbundenen Geräten vermeiden - angesichts der Variantenvielfalt von z.B. Steuergeräten lassen sich so erhebliche Kosten einsparen. Auch wird eine Anpassung an neuere Sensoren oder die Verwendung anderer Sensoren auf diese Weise leicht ermöglicht, ohne ein an den Steckverbinder angeschlossenes Gerät aufwändig erneut erproben oder validieren zu müssen.
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Durch die Kennung des Sensorelements wird vorteilhaft eine Individualisierung des Typs des Sensorelements oder - bei eindeutiger Kennung - sogar die Individualisierung des Steckverbinders und damit des mit diesem verbundenen Geräts möglich. Dies ermöglicht vorteilhaft das Anlegen von eindeutig zuordenbaren Log-Daten und so z.B. eine Fernüberwachung oder Abschätzung der Restlebenszeit.
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Mit anderen Worten: der Steckverbinder ermöglicht die kostengünstige und individuelle Bereitstellung physikalischer Größen bzw. Parameter, die für an dem Steckverbinder angeschlossene Geräte hochrelevant sein können in Hinsicht auf Lebensdauerabschätzung und Fernwartung. Er ermöglicht weiterhin einen sehr einfachen Aufbau, da durch die strommodulierte Versendung von Daten durch das Sensorelement eine Anordnung desselben an lediglich zwei Leitungen, die als Stromversorgung für ein daran angeschlossenes Gerät dienen, ausreicht, um das Sensorelement mit Strom zu versorgen und die erfassten Daten sowie die Kennung zu versenden.
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Die elektronische Kennung kann z.B. in dem Sensorelement oder einem damit verbundenen Element gespeichert sein. Ein solches Element kann z.B. ein Auswerteelement, ein (Auswerte)ASIC oder ein ROM-Speicher sein.
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Die elektronische Kennung kann für die Art des Sensorelements spezifisch sein, so dass ein Decoder, dem das Signal mit der Kennung zugeleitet wird aus der Kennung auf die Art des Sensorelements schließen kann.
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Die elektronische Kennung kann jedoch auch eine eindeutige, nur ein einziges Mal vergebene Kennung sein. In diesem Fall können die Daten, die das Sensorelement versendet zusammen mit der Kennung eindeutig genau diesem einen Steckverbinder (individualisiert) zugeordnet werden. Auf diese Weise wird es möglich, die Daten des Sensorelements und damit die des Steckers und seiner näheren Umgebung (z.B. eines damit verbundenen Steuergeräts) eindeutig in Art eines Logbuchs zu sammeln und z.B. auf Auffälligkeiten oder zum Bestimmen der Restlebensdauer zu verwenden. Beispielsweise ist es möglich, die Daten des Sensorelements in einen Cloud-Speicher zu laden und damit eine Fernwartung bzw. Fernüberwachung zu ermöglichen. Dazu kann z.B. das Sensorelement selber oder der Steckverbinder selber ein Cloud-Element aufweisen, welches das Übermitteln der Kennung und/oder der vom Sensorelement erfassten Daten in einen Cloud-Speicher ermöglicht. Weiterhin ist es möglich, dass ein Gerät, welches die (strommodulierten) Daten des Sensorelements (Kennung und/oder erfasste physikalische Größe bzw. Parameter) empfängt (und decodiert) diese Daten an einem Cloud-Speicher übermittelt.
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Die Elektronische Kennung kann dabei derart gestaltet sein, dass sie elektronisch auslesbar ist bzw. dass sie vom Sensorelement gesendet werden kann und von einem Empfänger entschlüsselt werden kann. Sie kann z.B. eine digitale Ziffernfolge sein, aus der auf das Sensorelement bzw. den Steckverbinder rückgeschlossen werden kann.
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Es ist zu verstehen, dass unter dem Begriff „in dem Steckverbindergehäuse“ insbesondere zu verstehen ist, dass das Sensorelement innerhalb des Steckverbindergehäuses, also im Inneren des Steckverbindergehäuses angeordnet ist. Bevorzugt ist dabei ein allseitiges Umschließen des Sensorelements zu verstehen.
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Es versteht sich, dass bei hohen zu erwartenden Strömen oder Spannungen in den Leitungen, an die das Sensormodul angeschlossen ist, das Sensormodul durch geeignete Strombegrenzer gegen eine Beschädigung geschützt wird.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass das wenigstens eine Sensorelement in dem Steckverbindergehäuse eingespritzt ist. Dabei kann das wenigstens eine Sensorelement z.B. fluiddicht eingespritzt sein. Dadurch ist das Sensorelement besonders gut gegen die Umgebung und deren Einflüsse (Medien wie Gase oder Flüssigkeiten, Schmutz, etc.) geschützt und dadurch besonders langlebig. Auch die Kontaktstellen zu den Leitungen sind dadurch besonders gut geschützt. Dabei kann das Einspritzen bzw. das Umspritzen mittels eines Kunststoffspritzgussprozesses erfolgen, auch Moldprozess genannt. Das Material, mit dem das Sensorelement umspritzt wird kann dabei z.B. einen thermoplastischen oder einen duroplastischen Kunststoff umfassen bzw. aufweisen und/oder ein thermoplastisches oder duroplastisches Kunstharz („molding resin“). Die Umspritzung bzw. das Einspritzen kann z.B. derart ausgeführt sein, dass das Sensorelement vollständig von der Spritzgussmasse im Innern des Steckergehäuses umgeben ist.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Steckverbinder mittels eines Zweikomponenten-Spritzgussverfahrens hergestellt ist. Dadurch kann vorteilhaft der Steckverbinder besonders zuverlässig und dauerhaft ausgebildet werden. So können z.B. die Leitungen mit dem daran befestigten und/oder daran elektrisch angeschlossenen Sensorelement mit einem ersten Material umspritzt sein. Die Anschlussgeometrie des Steckergehäuses hin zum Gegensteckelement kann dann, z.B. auch unter Einschluss des bereits gespritzten Elements aus den Leitungen und dem Sensorelement, mit einem zweiten Material umspritzt sein. Dadurch lassen sich z.B. thermische Ausdehnungskoeffizienten der einzelnen funktionalen Komponenten bezüglich der Umspritzmaterialien besser zueinander anpassen und so Delaminationen besser vermeiden. Außerdem kann so z.B. ein Modul aus dem Sensorelement zusammen mit den Leitungen vorkonfektioniert werden und dann mit einer beliebig wählbaren Steckerschnittstelle zu einem Steckverbinder verbunden werden. Auf diese Weise kann das Konzept eines sensorbestückten Steckverbinders besonders kostengünstig für viele verschiedene Steckerschnittstellen umgesetzt werden.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Steckverbinder genau zwei Leitungen aufweist. Diese beiden Leitungen sind z.B. als Anschlussleitungen zur Bestromung eines Steuergeräts ausgelegt bzw. ausgebildet. Dadurch wird vorteilhaft ein besonders platzsparender und kompakter Steckverbinder bereitgestellt. Die beiden Leitungen können dabei z.B. so ausgelegt sein, dass sie dauerhaft (Dauerbetrieb von mehr als eine Stunde, bevorzugt mehr als 5 Stunden) wenigstens 30mA, bevorzugt wenigstens 100mA und ganz besonders bevorzugt wenigstens 1A Strom leiten kann, ohne dabei zu überhitzen oder beschädigt zu werden. Eine der beiden Leitungen kann dabei z.B. als „Phase“, die andere als „Nullleiter“ ausgelegt sein. Für ein strommoduliertes Senden von Daten durch das Sensorelement sind zwei Leitungen vollkommen ausreichend.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Steckverbinder genau drei Leitungen aufweist. In diesem Fall ist der Steckverbinder ebenfalls noch sehr kompakt und platzsparend. Zwei der Leitungen können z.B. wie oben beschrieben als Anschlussleitungen für die Bestromung eines Steuergeräts vorgesehen sein („Phase“ und „Nullleiter“). Die dritte Leitung kann z.B. als Erdungsleitung ausgelegt sein und somit einen Schutz bei Kurzschlüssen bieten. Sie kann aber z.B. auch als Schirmungsleiter ausgebildet sein, der z.B. die zwei anderen Leitungen umhüllend angeordnet ist. Auf diese Weise kann die EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) verbessert werden, indem z.B. ein Übersprechen von anderen stromführenden Leitungen oder auch elektromagnetische Pulse aus anderen Quellen abgeschirmt werden. Dies kann die Signalqualität des Sensorelements verbessern.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass das wenigstens eine Sensorelement ein mikromechanisch hergestelltes Sensorelement ist. Dieses Sensorelement kann z.B. als MEMS-Sensorelement (MEMS = „microelectromechanical systems“) ausgebildet sein. Derartige mikromechanisch hergestellte Sensorelemente können mittels Halbleiterprozessen z.B. aus Silizium-Wafern hergestellt werden. Dadurch können derartige Sensorelemente besonders klein bauend und kostengünstig hergestellt werden. Derartige mikromechanische Sensoren können z.B. als SOIC-Bauelemente oder als BGA-Bauelemente hergestellt sein und mit den Leitungen verbunden werden. Jedoch sind auch andere Verpackungsformen der Sensorelemente möglich. Ein derartig in einem Gehäuse verpacktes („Ist Level verpacktes“) Sensorelement wird dann mit den Leitungen verbunden und kann dann z.B. in diesem mit den Leitungen verbundenen Zustand mittels Spritzgussprozessen (einkomponentig oder zweikomponentig) umspritzt werden. Auch ist es denkbar, das Sensorelement mittels sogenannter „Flip-Chip“-Montage mit den Leitungen des Steckverbinders zu verbinden und erst dann mit dem Steckergehäuse zu umspritzen.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass das wenigstens eine Sensorelement dazu ausgebildet ist, wenigstens eine Drehrate zu erfassen. Das Sensorelement enthält somit die Funktionalität eines Drehratensensors. Beispielsweise können auch Drehraten bezüglich dreier Richtungen (x-, y-, z-Richtung) erfasst werden. Durch das Erfassen wenigstens einer Drehrate kann mit dem Steckverbinder ein nicht bestimmungsgemäßer Gebrauch hinsichtlich (schneller) Drehungen eines mit dem Steckverbinder verbundenen Geräts nachgewiesen werden, ohne dass das mit dem Steckverbinder verbundene Element bzw. Gerät selbst mit einem Drehratensensor ausgestattet sein muss. Mit diesen Daten kann die Restlebensdauer oder eine mögliche Beschädigung der mit dem Steckverbinder verbundenen Elemente oder Geräte besser bestimmt werden. Dies kann z.B. zu einer Warnmeldung und/oder zu einer vorzeitigen, sicherheitshalber vorzunehmenden Wartung der mit dem Steckverbinder verbundenen Elemente bzw. Geräte führen.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Sensorelement dazu ausgebildet ist, wenigstens eine Beschleunigung zu erfassen. Das Sensorelement enthält somit die Funktionalität eines Beschleunigungssensors. Beispielsweise können Beschleunigungen bezüglich dreier Richtungen (x-, y-, z-Richtung) erfasst werden. Durch das Erfassen wenigstens einer Beschleunigung kann mit dem Steckverbinder ein nicht bestimmungsgemäßer Gebrauch hinsichtlich z.B. dauerhafter und/oder starker Vibrationsbelastungen und/oder starker Stöße eines mit dem Steckverbinder verbundenen Geräts nachgewiesen werden, ohne dass das mit dem Steckverbinder verbundene Element bzw. Gerät selbst mit einem Beschleunigungssensor ausgestattet sein muss. Mit diesen Daten kann die Restlebensdauer oder eine mögliche Beschädigung der mit dem Steckverbinder verbundenen Elemente oder Geräte besser bestimmt werden. Dies kann z.B. zu einer Warnmeldung und/oder zu einer vorzeitigen, sicherheitshalber vorzunehmenden Wartung der mit dem Steckverbinder verbundenen Elemente bzw. Geräte führen.
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Beispielsweise kann das Sensorelement als 6-Kanal-Sensorelement ausgebildet sein - es ist dann z.B. ausgebildet, die Beschleunigungen und die Drehraten jeweils bezüglich dreier Richtungen (z.B. x-, y-, z-Richtung in einem kartesischen Koordinatensystem) zu erfassen und mittels der Strommodulation die erfassten Werte über die Leitungen nach außen zu senden.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass das wenigstens eine Sensorelement dazu ausgebildet ist, wenigstens eine Temperatur zu erfassen. Dadurch wird es vorteilhaft am Ort des Steckverbinders möglich, z.B. gefährliche Temperaturanstiege oder ein nicht erwünschtes Absinken der Temperatur, die auf eine Beschädigung von Komponenten in der Umgebung des Steckverbinders hindeuten können, frühzeitig und kostengünstig u erkennen. Auch kann so die Lebensdauer eines mit dem Steckverbinder verbundenen Geräts besser abgeschätzt werden. Zudem ist dadurch kein separater Temperatursensor an dem mit dem Steckverbinder verbundenen Element bzw. Gerät notwendig.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Sensorelement dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Druck zu erfassen. Dabei kann es sich z.B. um einen Umgebungsluftdruck handeln. In diesem Fall kann es notwendig sein, eine Druckmembran des Sensorelements der Umgebung auszusetzen, so dass in diesem Fall das Sensorelement nicht vollständig fluiddicht umspritzt werden kann. Dadurch wird vorteilhaft am Ort des Steckverbinders eine Erfassung des Drucks ermöglicht. Ist der Steckverbinder z.B. in einer geschlossenen Umgebung angeordnet, z.B. in einer Batterie eines Elektrofahrzeuges, so können gefährliche Druckanstiege, die auf eine Beschädigung von Komponenten in der Umgebung des Steckverbinders hindeuten können, frühzeitig und kostengünstig erkannt werden. Zudem ist dadurch kein separater Drucksensor an dem mit dem Steckverbinder verbundenen Element bzw. Gerät notwendig.
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Beispielsweise kann das Sensorelement als 6-Kanal-Sensorelement ausgebildet sein (siehe oben), und zusätzlich mit Temperatur und/oder Druckmessfunktionalität.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass das wenigstens eine Sensorelement eine PSI-Schnittstelle aufweist (PSI = „Peripheral Sensor Interface“). Diese kann z.B. als „PSI5“-Schnittstelle oder neuer ausgebildet sein. Jedoch können auch vorherige Versionen zur Anwendung kommen. Dabei können die strommodulierten Signale des wenigstens einen Sensorelements beispielsweise gemäß des PSI-Standards übertragen werden, z.B. gemäß des PSI5-Standards. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass das Sensorelement besonders kostengünstig hergestellt werden kann und dass die Kommunikation mit einer Vielzahl von Geräten möglich ist, die die PSI-Signale decodieren können. Weiterhin vorteilhaft können die zu übertragenden Signale und die Kennung dadurch auch über mehrere Meter transportiert werden, um noch sicher erkannt zu werden (der Signalpegel ist dann immer noch ausreichend hoch). Die PSI-Schnittstelle kann dabei z.B. in einem gemeinsamen Gehäuse eines z.B. mikromechanisch hergestellten Sensorelementchips auf einem separaten Halbleiterchip, z.B. einem ASIC angeordnet sein. Die beiden Elemente (Sensorchip und ASIC-Chip) können dann z.B. durch Drahtboden auf einem Leadframe oder durch Leiterbahnen einer gemeinsamen Leiterplatte miteinander elektrisch bzw. elektronisch verbunden sein. Beide Elemente bilden dann zusammen (mit dem Gehäuse) das Sensorelement. Jedoch ist es auch denkbar, dass die PSI-Schnittstelle unmittelbar mit dem Sensorelement (z.B. auf einem gemeinsamen Chip) verbunden ist.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Sensorelement eine DSI-Schnittstelle aufweist (DSI = „Digital Serial Interface“). Dabei können die strommodulierten Signale des wenigstens einen Sensorelements beispielsweise gemäß des DSI-Standards übertragen werden. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass das Sensorelement besonders kostengünstig hergestellt werden kann und dass die Kommunikation mit einer Vielzahl von Geräten möglich ist, die die DSI-Signale decodieren können. Die DSI-Schnittstelle kann dabei z.B. in einem gemeinsamen Gehäuse eines z.B. mikromechanisch hergestellten Sensorelementchips auf einem separaten Halbleiterchip, z.B. einem ASIC angeordnet sein. Die beiden Elemente (Sensorchip und ASIC-Chip) können dann z.B. durch Drahtboden auf einem Leadframe oder durch Leiterbahnen einer gemeinsamen Leiterplatte miteinander elektrisch bzw. elektronisch verbunden sein. Beide Elemente bilden dann zusammen (mit dem Gehäuse) das Sensorelement. Jedoch ist es auch denkbar, dass die DSI-Schnittstelle unmittelbar mit dem Sensorelement (z.B. auf einem gemeinsamen Chip) verbunden ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug mit einem Steckverbinder vorgeschlagen. Der Steckverbinder kann dabei z.B. als Gerätesteckverbinder zur Versorgung des Steuergeräts mit einer Versorgungsspannung und/oder einem Versorgungsstrom ausgebildet sein.
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Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass auch solche Steuergeräte bezüglich gewisser physikalischer Parameter überwacht werden können, bei denen im Steuergerät keine Sensorik zur Erfassung dieser Parameter vorgesehen ist. Dies kann z.B. bei Steuergeräten der Fall sein, die schon vor längerer Zeit konstruiert wurden und bei denen eine Anpassung nicht ohne weiteres möglich ist. Oder es ist in den Steuergeräten selbst zu wenig Platz für das Unterbringen der Sensorik vorhanden. Oder es ist nicht für jeden Einsatzzweck des Steuergeräts dieselbe Sensorik erforderlich. Um zu vermeiden, dass z.B. auf der Platine eines derartigen Steuergeräts jedes mögliche Sensorelement bestückt werden muss oder auch nur Platz dafür freigehalten werden muss, kann die gewünschte Sensorik unproblematisch je nach Verwendungszweck unproblematisch durch den Austausch des mit dem Steuergerät verbundenen Steckverbinders bereitgestellt werden. Damit wird kostengünstig und flexibel eine Überwachung bestimmter physikalischer Parameter des Steuergeräts möglich, die Indizien bezüglich dessen Lebensdauer oder einer möglichen Beschädigung liefern können. Auch können so sich kurzfristig ändernde Anforderungen bezüglich der Sensorik durch einen Austausch des Steckverbinders erfüllt werden, ohne das ganze Steuergerät tauschen zu müssen. Auch können kostengünstig neuere und verbesserte Sensorelemente für dieselben Steuergeräte verwendet werden durch den einfachen Austausch des Steckverbinders ohne dass eine aufwändige Anpassung der Konstruktion oder der Erprobung des Steuergeräts notwendig wird.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Steuergerät ein Motorsteuergerät ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Steuergerät als ein Airbagsteuergerät ausgebildet sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Steuergerät als ein Dosiermodul für Kraftstoff ausgebildet sein.
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Auch weitere Steuergeräte sind denkbar, ohne hier im Einzelnen aufgeführt zu sein.
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Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
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Es zeigen
- 1: eine perspektivische Darstellung zweier Steckverbinder, die an ein Steuergerät angeschlossen sind;
- 1b: eine seitliche Ansicht eines der Steckverbinder aus 1a mit dem darin angeordneten Sensorelement.
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1a zeigt beispielhaft eine perspektivische Darstellung zweier Steckverbinder 1. Weisen jeweils ein Steckverbindergehäuse 2 auf. Die Steckverbinder 1 sind ausgebildet zum Zusammenstecken entlang einer Einsteckrichtung E mit einem Gegensteckverbinder (hier nicht dargestellt). Dabei werden die Steckverbinder mit dem Steckverbindergehäuse 2 mit einem dazu jeweils komplementär ausgebildeten Gegensteckverbindergehäuse zusammengesteckt.
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Der in der Figur obere Steckverbinder 1 weist genau zwei Leitungen 3a, 3b auf, die an ihrem vom Steckverbindergehäuse 2 abgewandten Ende (in 1a auf der linken Seite) mit einem Anschluss 11 eines Steuergeräts 10 elektrisch verbunden sind. Die beiden Leitungen 3a, 3b sind dabei im vorliegenden Fall als Versorgungsleitung ausgestaltet, d.h.: sie versorgen die elektronischen Komponenten im Steuergerät 10 mit Strom (Versorgungsstrom) - es liegt also z.B. eine Spannung (Versorgungsspannung) zwischen den beiden Leitungen 3a, 3b an und es fließt durch die beiden Leitungen 3a, 3b ein Strom. Die beiden Leitungen 3a, 3b sind z.B. „Phase“ und „Nullleiter“. Der in 1a obere Steckverbinder 1 kann in diesem Beispiel somit als Gerätesteckverbinder zur Versorgung des Steuergeräts 10 mit einer Versorgungsspannung und/oder einem Versorgungsstrom bezeichnet werden.
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Der in der 1a untere Steckverbinder 1 weist genau drei Leitungen 3a, 3b, 3c auf, die an ihren vom Steckverbindergehäuse 2 abgewandten Ende mit einem (weiteren) Anschluss 11 des Steuergeräts 10 elektrisch verbunden sind. In dieser lediglich exemplarischen Darstellung sind die beiden Leitungen 3a, 3b des unteren Steckverbinders z.B. ebenfalls als Versorgungsleitungen („Phase“, „Nullleiter“) ausgebildet, die dritte Leitung 3c kann z.B. ein Schutzleiter sein, der z.B. das Gehäuse des Steuergeräts erdet oder er kann als Schirmungsleiter die beiden Leitungen 3a, 3b ummanteln und so die EMV-Verträglichkeit des in 1a unteren Steckverbinders 1 verbessern. Auch der in 1a unten dargestellte Steckverbinder 1 kann in diesem Beispiel als Gerätesteckverbinder zur Versorgung des Steuergeräts 10 mit einer Versorgungsspannung und/oder einem Versorgungsstrom bezeichnet werden.
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Es versteht sich, dass das Steuergerät 10 auch lediglich mit einem einzigen derartigen Steckverbinder verbunden sein könnte oder dass das Steuergerät 10 an mehr als zwei derartige Steckverbinder angeschlossen sein könnte.
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Das Steuergerät 10 kann ein Motorsteuergerät 10a und/oder ein Airbagsteuergerät 10b und/oder ein Dosiermodul 10c für Kraftstoff sein oder ein anderes Steuergerät für ein Kraftfahrzeug.
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Es versteht sich, dass der Steckverbinder 1 nicht auf das Anschließen und Stromversorgen von Steuergeräten beschränkt ist.
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1b zeigt eine seitliche Ansicht des oberen Steckverbinders 1 aus 1a im Bereich des Steckverbindergehäuses. Der in 1a abgebildete untere Steckverbinder ist bis auf die dritte Leitung 3c im Bereich des Steckverbindergehäuses 2 ähnlich aufgebaut.
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In 1b ist das Steckverbindergehäuse teilweise transparent dargestellt. Es ist zu erkennen, dass wenigstens ein Sensorelement 4 zur Erfassung wenigstens einer physikalischen Größe in dem Steckverbindergehäuse 2 angeordnet ist, also im Innern des Steckverbindergehäuses 2. Das Sensorelement 4 ist - hier nicht sichtbar - mit den beiden Leitungen 3a, 3b elektrisch verbunden. Das Sensorelement 4 weist dabei eine elektronische Kennung auf, die z.B. in einem ROM-Speicher des Sensorelements gespeichert ist als digitale Ziffernfolge - dabei kann die elektronische Kennung ausgebildet sein, den Typ des Sensorelements 4 zu identifizieren. Sie kann jedoch auch ausgebildet sein, das Sensorelement 4 zu individualisieren (also eineindeutig bestimmbar zu machen). Das Sensorelement 4 ist dazu ausgebildet, die erfassten Daten und die elektronische Kennung mittels einer Strommodulation über die zwei Leitungen 3a, 3b, mit denen es elektrisch verbunden ist, zu senden.
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Das Sensorelement 4 wird durch die beiden Leitungen 3a, 3b somit mit Strom bzw. der notwendigen Betriebsspannung versorgt. Gleichzeitig kann das Sensorelement 4 seine Kennung und die erfassten Daten über die beiden Leitungen 3a, 3b zu einem Empfangsgerät (z.B. dem Steuergerät 10) senden, indem es einen anliegenden Strom zeitlich moduliert. Dabei kann z.B. eine Erhöhung des Stroms einer digitalen „1“ entsprechen und ein Absenken des anliegenden Stroms oder das Nichtverändern des anliegenden Stroms einer digitalen „0“.
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Für die Strommodulation kann das Sensorelement 4 z.B. eine PSI-Schnittstelle („Peripheral Sensor Interface“) aufweisen oder eine DSI-Schnittstelle. Ein Empfänger der Daten kann das so erzeugte digitale Signal decodieren und so die elektronische Kennung und die vom Sensorelement 4 erfassten physikalischen Größen entschlüsseln.
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Das Sensorelement 4 kann z.B. als 6-Kanal-Sensor ausgebildet sein zur Erfassung der Beschleunigung und der Drehrate jeweils in den drei Raumrichtungen X, Y und Z. zusätzlich ist es möglich, dass das Sensorelement 4 noch die Temperatur erfassen kann. Auch die Erfassung des Drucks (z.B. des Umgebungsluftdrucks) kann vorgesehen werden.
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Das Sensorelement 4 kann mikromechanisch (z.B. als MEMS-Element) hergestellt sein. Es kann z.B. selbständig eingehaust sein, im dargestellten Ausführungsbeispiel ist es als sogenanntes Ball-Grid-Array (BGA) ausgeführt. Jedoch sind auch andere Ausführungsformen denkbar, z.B. SOIC-Ausführungen oder auch eine sogenannte „Flip-Chip“-Montage.
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Das Sensorelement 4 ist in dem Steckergehäuse 2 eingespritzt. Bevorzugt ist das Sensorelement 4 fluiddicht in das Sensorgehäuse 2 eingespritzt und von dem Spritzgussmaterial vollständig umgeben. Falls das Sensorelement 4 ausgelegt ist, einen Druck zu erfassen ist jedoch zumindest ein kleiner Teil des Sensorelements 4 (die Druckmessmembran) von der Umspritzung auszunehmen und mit der Umgebung des Steckergehäuses fluidisch zu verbinden, z.B. durch eine Aussparung oder einen Kanal.
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Als Umspritzungsmaterial kann ein thermoplastischer oder ein duroplastischer Kunststoff, ggf. mit Füllmaterial angereichert, verwendet werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Steckverbinder 1, insbesondere das Steckverbindergehäuse 2, mittels eines Zweikomponenten-Spritzgussverfahrens hergestellt ist.
