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Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuerungsvorrichtung mit einer ersten Leiterplatte, einer zweiten Leiterplatte und einem Gehäuse, welches die Leiterplatten zumindest teilweise umgibt. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Steuerungsvorrichtung sowie ein Bremssystem für ein Kraftfahrzeug.
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Bremssysteme werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen verwendet, um diese zu verzögern. Heutige Bremssysteme benötigen typischerweise eine elektronische Steuerungsvorrichtung, welche unterschiedliche Funktionen zur Steuerung und Überwachung des Bremssystems ausführt. Dabei wird typischerweise eine an einem Kabelbaum angeschlossene Steuerplatine verwendet. Da typischerweise Hochstromanwendungen implementiert sind, ist es bei bekannten Ausführungen typischerweise erforderlich, Hochstromleiterplattenmaterial für eine solche Steuerplatine zu verwenden. Dies führt zu hohen Kosten und hohem Platzbedarf. Des Weiteren können Redundanzanforderungen, insbesondere in Bezug auf hochautomatisiertes Fahren, mit derartigen Lösungen nicht realisiert werden.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine elektronische Steuerungsvorrichtung vorzusehen, welche im Vergleich zu bekannten Ausführungen alternativ oder besser ausgeführt ist. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Steuerungsvorrichtung vorzusehen. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein zugehöriges Bremssystem vorzusehen.
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Dies wird erfindungsgemäß durch eine elektronische Steuerungsvorrichtung, ein Verfahren und ein Bremssystem gemäß den jeweiligen Hauptansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuerungsvorrichtung. Die elektronische Steuerungsvorrichtung weist eine erste Leiterplatte und eine zweite Leiterplatte auf. Sie weist ein Gehäuse auf, welches die Leiterplatten zumindest teilweise umgibt.
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Erfindungsgemäß ist die erste Leiterplatte aus einem ersten Leiterplattenmaterial ausgebildet und die zweite Leiterplatte ist aus einem zweiten Leiterplattenmaterial ausgebildet, welches vom ersten Leiterplattenmaterial verschieden ist. Durch die Verwendung unterschiedlicher Leiterplattenmaterialien für die beiden Leiterplatten können unterschiedliche Funktionen implementiert werden, und insbesondere kann das jeweilige Leiterplattenmaterial für die jeweilige Funktionalität optimiert werden. Somit kann beispielsweise vermieden werden, dass teures Leiterplattenmaterial, welches eigentlich für Hochstromanwendungen vorgesehen ist, für reine Logikkomponenten verwendet werden muss.
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Eine Leiterplatte ist typischerweise eine abgrenzbare Einheit, welche beispielsweise flächig ausgeführt sein kann. Sie ist typischerweise über Steckverbindungen oder andere elektrische Leitungen, beispielsweise mit Flexkabeln, mit anderen Komponenten verbunden. Wie weiter unten beschrieben wird bei der hierin beschriebenen Ausführung bevorzugt eine Steckverbindung verwendet, so dass auf die teuren und aufwändig zu lötenden Flexkabel verzichtet werden kann.
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Das erste Leiterplattenmaterial oder das zweite Leiterplattenmaterial kann insbesondere ein Hochstrom-Leiterplattenmaterial sein. Das jeweils andere Leiterplattenmaterial kann dabei insbesondere ein Niederstrom-Leiterplattenmaterial sein. Somit kann eine der beiden Leiterplatten für Hochstromanwendungen vorgesehen werden und die andere Leiterplatte kann für Niederstromanwendungen vorgesehen werden. Dies erlaubt eine Funktionstrennung zwischen den beiden Leiterplatten und eine Optimierung der jeweils verwendeten Materialien. Das Leiterplattenmaterial kann insbesondere ein FR-4-Epoxidharzverbund sein. Ein Hochstromleiterplattenmaterial kann insbesondere mehr Kupferlagen haben und die Kupferdicke der Lagen kann insbesondere dicker sein als bei einem Niederstrom-Leiterplattenmaterial. Somit müssen sich die Materialien nicht zwingend in den verwendeten Substanzen unterscheiden, sondern sie können sich auch in den verwendeten Dicken unterscheiden. Auch die Verwendung unterschiedlicher Substanzen ist jedoch möglich. Insbesondere können sich Hochstromleiterplattenmaterial und Niederstromleiterplattenmaterial auch im Aufbau von Lagen und/oder in der Anzahl von Lagen unterscheiden.
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Die erste Leiterplatte kann insbesondere parallel zur zweiten Leiterplatte angeordnet sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die beiden Leiterplatten sich jeweils in einer Ebene erstrecken und diese Ebenen parallel zueinander sind. Auch andere Ausführungen, beispielsweise nicht parallele Anordnungen oder gebogene Ausführungen der Leiterplatten, sind jedoch möglich. Außerdem sei erwähnt, dass auch mehr als zwei Leiterplatten verwendet werden können, beispielsweise drei Leiterplatten.
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Die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte können insbesondere mittels einem oder mehreren Abstandshaltern voneinander beabstandet sein. Gleiches gilt für weitere Leiterplatten, sofern diese vorhanden sind. Dies erlaubt insbesondere eine definierte Anordnung der beiden Leiterplatten zueinander, wobei der Abstand auch für eine zuverlässige elektrische Trennung sorgen kann.
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Die erste Leiterplatte und/oder die zweite Leiterplatte können auf jeweils einer oder mehreren flexiblen Auflagen im Gehäuse aufliegen. Durch derartige Auflagen kann die jeweilige Leiterplatte im Gehäuse zuverlässig gehalten werden. Durch die bevorzugt vorgesehene Flexibilität der Auflage kann eine Dämpfung gegenüber Stößen oder Schwingungen erfolgen, wodurch die jeweilige Leiterplatte geschützt wird. Auch starre Verbindungen sind jedoch möglich.
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Die Steuerungsvorrichtung kann insbesondere einen Stecker aufweisen, der einen oder mehrere erste Pins und einen oder mehrere zweite Pins aufweist. Die ersten Pins sind dabei bevorzugt an der ersten Leiterplatte angeschlossen und die zweiten Pins sind bevorzugt an der zweiten Leiterplatte angeschlossen. Somit kann mittels nur eines Steckers eine Kontaktierung beider Leiterplatten erfolgen. Alternativ können jedoch auch mehrere, beispielsweise zwei Stecker vorgesehen werden.
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Die ersten Pins oder die zweiten Pins können insbesondere durch Ausnehmungen in derjenigen Leiterplatte, an welcher sie nicht angeschlossen sind, hindurchgehen. Hierbei können beispielsweise Ausnehmungen in einer Leiterplatte verwendet werden, durch welche die zum Kontaktieren der anderen Leiterplatte verwendeten Pins hindurchgehen, um einen besonders kompakten Einbau zu erzielen. Störende Einflüsse auf die Leiterplatte, durch welche die Pins hindurchgehen, können auf diese Weise zuverlässig vermieden werden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Steuerungsvorrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- - Einbringen einer ersten Leiterplatte aus einem ersten Leiterplattenmaterial in ein Gehäuse, dann
- - Einbringen einer zweiten Leiterplatte aus einem zweiten Leiterplattenmaterial in das Gehäuse, wobei das zweite Leiterplattenmaterial vom ersten Leiterplattenmaterial verschieden ist.
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Sofern mehr als zwei Leiterplatten verwendet werden, können diese entsprechend nachfolgend eingebracht werden.
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Durch das sukzessive Einbringen der Leiterplatten, mit anderen Worten durch die Tatsache, dass die Leiterplatten hintereinander eingebracht werden, wird eine vorteilhafte Verfahrensführung ermöglicht. Insbesondere kann die Funktionalität auch im Gehäuse aufgebaut werden, was aufwändige Verfahrensschritte außerhalb des Gehäuses vermeidet. Bezüglich der Leiterplatten und der Leiterplattenmaterialien sei auf die obige Beschreibung verwiesen.
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Insbesondere kann mittels der hierin beschriebenen Vorgehensweise auf große Durchbrüche in der zweiten Leiterplatte verzichtet werden, welche ansonsten zur Sicherstellung der Zugänglichkeit der ersten Leiterplatte erforderlich sind.
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Insbesondere kann als erstes Leiterplattenmaterial oder als zweites Leiterplattenmaterial ein Hochstrom-Leiterplattenmaterial verwendet werden und als das jeweils andere Leiterplattenmaterial ein Niederstrom-Leiterplattenmaterial verwendet werden. Auch dies ermöglicht eine besonders vorteilhafte Anpassung der Funktionalität, wobei auf die obigen Ausführungen verwiesen sei.
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Nach dem Einbringen der ersten Leiterplatte und vor dem Einbringen der zweiten Leiterplatte können insbesondere eine oder mehrere Komponenten auf die erste Leiterplatte aufgebracht werden. Dies ermöglicht das Aufbringen von Komponenten innerhalb des Gehäuses, was aufwändige Verfahrensschritte außerhalb des Gehäuses vermeidet. Im Gehäuse kann die jeweilige Leiterplatte in vorteilhafter Weise abgestützt werden, was eine besonders einfache Verfahrensführung darstellt.
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Nach dem Einbringen der zweiten Leiterplatte können insbesondere eine oder mehrere Komponenten auf die zweite Leiterplatte aufgebracht werden. Auch in diesem Fall hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die Komponenten im Gehäuse anzubringen, da dort eine besonders effiziente Verfahrensführung möglich ist.
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Die Komponenten können insbesondere ganz oder teilweise aus folgender Gruppe ausgewählt sein:
- - Spule, insbesondere eingepresste Spule,
- - Kondensator, insbesondere eingepresster Kondensator,
- - elektronische Komponenten, wie beispielsweise Mikrocontroller oder anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASIC), derartige Komponenten können insbesondere gesteckt sein,
- - Kleber,
- - Pasten,
- - Einzelkontakte.
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Auch andere Komponenten können entsprechend aufgebracht werden.
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Die Leiterplatte kann insbesondere während eines Aufbringens einer Komponente gegenüberliegend zur Stelle, an welcher die Komponente aufgebracht wird, mit einem Unterstützungswerkzeug unterstützt werden. Ein solches Unterstützungswerkzeug kann insbesondere eine übermäßige Durchbiegung der Leiterplatte während eines Aufbringens vermeiden, wobei beispielsweise aufzubringende Komponenten in dafür vorgesehene Ausnehmungen eingesteckt werden können oder aufgeklebt und/oder aufgelötet werden können. Derartige Verfahrensschritte führen typischerweise zu einer Kraftauswirkung auf eine Leiterplatte, was grundsätzlich zu einer Durchbiegung führen kann. Mittels des eben erwähnten Unterstützungswerkzeugs kann dies verhindert werden.
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Das Unterstützungswerkzeug kann insbesondere von einer Seite, beispielsweise von unten, an eine Leiterplatte herangeführt werden. Nach Herstellung eines mechanischen Kontakts zwischen Unterstützungswerkzeug und Leiterplatte kann das Unterstützungswerkzeug in dieser Stellung fixiert werden. Dies ermöglicht eine variable Anpassung an die Leiterplatte und eine zuverlässige Unterstützung, damit eine Leiterplatte bei der Bearbeitung nicht bricht. Die Fixierung des Unterstützungswerkzeugs kann insbesondere kraftschlüssig erfolgen, beispielsweise mittels kraftausübender Backen, was eine besonders hohe Flexibilität ermöglicht.
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Das Gehäuse kann insbesondere nach dem Einbringen der zweiten Leiterplatte ganz oder teilweise verschlossen werden. Beispielsweise kann dies mittels eines Deckels oder einer Abdeckung erfolgen. Hierdurch kann insbesondere ein Schutz gegen eindringenden Schmutz oder Feuchtigkeit erreicht werden. Außerdem können die Leiterplatten auf diese Weise elektrisch abgeschirmt werden.
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Mittels eines solchen Verfahrens kann insbesondere eine elektronische Steuerungsvorrichtung wie weiter oben beschrieben hergestellt werden. Bezüglich des Verfahrens und bezüglich der elektronischen Steuerungsvorrichtung kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Bremssystem für ein Kraftfahrzeug, wobei das Bremssystem eine elektronische Steuerungsvorrichtung wie hierin beschrieben oder eine elektronische Steuerungsvorrichtung, welche mittels eines hierin beschriebenen Verfahrens hergestellt wurde, aufweist. Bezüglich der elektronischen Steuerungsvorrichtung und des Verfahrens kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen zurückgegriffen werden. Das Bremssystem oder ein anderes elektromechanisches System kann insbesondere vorteilhaft mit einer entsprechend effizient hergestellten und bezüglich der Funktionalität optimierten Steuerungsvorrichtung gesteuert und/oder überwacht werden. Auch für andere Steuerungsvorrichtungen, beispielsweise für Airbag, Motor, Getriebe oder außerhalb des Produktbereichs der Automobilindustrie, ist die hierin beschriebene Erfindung jedoch anwendbar.
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Insbesondere können in einer hierin beschriebenen Steuerungsvorrichtung aufgrund der mechanischen Architektur unterschiedliche elektrische Funktionen autark in einer Einheit dargestellt werden. Jeweils verwendete Materialien können dabei für die jeweiligen Funktionalitäten optimiert werden.
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Die hierin beschriebene Architektur eines Steuergeräts kann insbesondere als Hybridarchitektur bezeichnet werden. Ein elektrischer Anschlussstecker kann insbesondere aufgeteilt werden und kann beispielsweise an zwei autonomen, aber korrespondierend gleich großen Leiterplatten angeschlossen sein.
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Das hierin beschriebene Konzept ermöglicht es, den Bedürfnissen angepasste unterschiedliche Leiterplattenqualitäten zu nutzen bzw. zwei Leiterplatten für unterschiedliche Funktionsanwendungen zu verbauen. Da beispielsweise in einer der Leiterplatten mittig positioniert noch weitere elektrische Verbindungen oder Befestigungen hergestellt werden sollen, werden die Leiterplatten bevorzugt nacheinander eingebracht. Beispielsweise können Magnetventilspulen und Leiterplattenbefestigungen eingebracht werden. Hierzu kann beispielsweise ein mechanisches Aufbaukonzept verwendet werden, welches das Einbringen der Leiterplatten nacheinander unterstützt. Dies kann auch als serieller Verbau verwendet werden. Dies hat sich insbesondere als besser erwiesen als die Verbindung von zwei Leiterplatten außerhalb des Gehäuses, da Anschlüsse von Leiterplatten auf beiden Ebenen mittels Einpresstechnik bei seriellem Einbau besser durchgeführt werden können.
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Bevorzugt ist eine Dämpfung der Leiterplatten durch einen partiellen Auftrag oder Einlegen eines Elastomers oder einer Feder in eine dafür vorgesehene Gehäusetasche einer jeweiligen Ebene vorgesehen. Damit werden Elektronik und Verbindungstechnik von zwei gemeinsam schwingenden Leiterplatten vor Schädigungen geschützt.
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Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigen:
- 1: eine elektronische Steuerungsvorrichtung,
- 2: einen Ausschnitt aus der elektronischen Steuerungsvorrichtung, und
- 3: ein Gehäuse.
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1 zeigt schematisch eine Schnittansicht einer elektronischen Steuerungsvorrichtung 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektronische Steuerungsvorrichtung 5 weist ein Gehäuse 6 auf, welches die anderen gezeigten Komponenten umgibt. In dem Gehäuse 6 sind eine erste Leiterplatte 10 und eine zweite Leiterplatte 20 angeordnet. Vorliegend ist die erste Leiterplatte 10 aus Niederstrom-Leiterplattenmaterial ausgeführt und die zweite Leiterplatte 20 ist aus Hochstrom-Leiterplattenmaterial ausgeführt. Somit können die beiden Leiterplatten 10, 20 für die jeweilige Anwendung optimiert werden, wobei insbesondere auf der ersten Leiterplatte 10 Leistungskomponenten vorhanden sein können, wohingegen auf der zweiten Leiterplatte 20 insbesondere Logikkomponenten vorhanden sein können.
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An dem Gehäuse 6 ist ein Stecker 30 angeordnet. Der Stecker 30 weist zumindest einen ersten Pin 31 und einen zweiten Pin 32 auf. Der erste Pin 31 ist an der ersten Leiterplatte 10 befestigt. Der zweite Pin 32 geht durch eine Ausnehmung in der ersten Leiterplatte 10 hindurch und ist an der zweiten Leiterplatte 20 angeschlossen. Aufgrund der Ausnehmung hat er keinen Kontakt zur ersten Leiterplatte 10. Die beiden Pins 31, 32 können somit spezifisch an den beiden Leiterplatten 10, 20 angeschlossen sein, ohne dass sie elektrischen oder mechanischen Kontakt mit der jeweils anderen Leiterplatte 10, 20 hätten. Es sei erwähnt, dass typischerweise mehrere Pins zum Kontaktieren jeder Leiterplatte 10, 20 verwendet werden, wobei weitere Pins beispielsweise in der Ansicht von 1 vom den gezeigten Pins 31, 32 verdeckt sein können.
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In 1 ist rein schematisch ein Unterstützungswerkzeug 100 dargestellt, welches anzeigt, dass beispielsweise die erste Leiterplatte 10 nach dem Einbringen in das Gehäuse 6 während eines Herstellungsverfahrens an einer bestimmten Stelle unterstützt werden kann. Beispielsweise kann dies verwendet werden, um unmittelbar auf der ersten Leiterplatte 10 Komponenten 15 anzuordnen, welche beispielsweise in Ausnehmungen der ersten Leiterplatte 10 gesteckt werden können oder darauf angeklebt oder angelötet werden können. Durch das Unterstützungswerkzeug 100 wird bei derartigen Fertigungsprozessen eine Durchbiegung der ersten Leiterplatte 10 verhindert.
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Das Unterstützungswerkzeug 100 wird über eine Feder 110 nach oben vorgespannt. Dadurch wird das Unterstützungswerkzeug 100 gegen die erste Leiterplatte 10 gedrückt. Wenn das Unterstützungswerkzeug 100 zuverlässig an der ersten Leiterplatte 10 anliegt, kann es durch zwei seitliche, schematisch dargestellte Backen 120 gehalten werden. Diese können horizontal verfahren werden und gegen das Unterstützungswerkzeug 100 gedrückt werden. Somit kann das Unterstützungswerkzeug 100 in jeder Stellung gehalten werden. Im Vergleich zum Arretieren in einer vorgegebenen Position bringt das den Vorteil mit sich, dass Fertigungstoleranzen sehr einfach ausgeglichen werden, da das Unterstützungswerkzeug 100 immer ideal an der ersten Leiterplatte 10 anliegt.
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Von oben kann ein Oberwerkzeug 130 verwendet werden. Dieses kann beispielsweise Druck auf die zweite Leiterplatte 20 ausüben, um die zweite Leiterplatte 20 gegen Komponenten 15 zu pressen, welche zwischen der ersten Leiterplatte 10 und der zweiten Leiterplatte 20 angeordnet sind. Eine hierdurch auf die erste Leiterplatte 10 ausgeübte Kraft wird von dem Unterstützungswerkzeug 100 aufgenommen. Ein Durchbiegen und eine damit verbundene Gefahr einer Beschädigung der Leiterplatten 10, 20 wird somit wirkungsvoll verhindert.
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2 zeigt einen Ausschnitt aus der elektronischen Steuerungsvorrichtung 5 von 1. Dabei ist insbesondere der Stecker 30 in größerer Detailliertheit zu sehen. Wie bereits erwähnt ist der erste Pin 31 an der ersten Leiterplatte 10 angeschlossen und der zweite Pin 32 ist an der zweiten Leiterplatte 20 angeschlossen. Der zweite Pin 32 geht dabei durch eine Ausnehmung in der ersten Leiterplatte 10 durch, wobei aufgrund des Schnitts in 2 diese Ausnehmung nicht zu sehen ist. Die Ausnehmung ist vorliegend als einfaches Loch in der ersten Leiterplatte 10 ausgeführt.
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3 zeigt das Gehäuse 6 in größerer Detailliertheit. Dabei ist insbesondere zu sehen, dass in dem Gehäuse 6 mehrere Auflagen 40 ausgebildet sind, welche jeweils ein elastisches Material 45 aufweisen. Somit können sie auch als flexible Auflagen bezeichnet werden. Auf die Auflagen 40 bzw. auf das jeweilige elastische Material 45 können die Leiterplatten 10, 20 aufgelegt werden. Somit werden sie in dem Gehäuse 6 federnd gelagert, was Stöße oder Schwingungen zumindest teilweise von den Leiterplatten 10, 20 fernhält. Dadurch kann die Langlebigkeit der Ausführung deutlich erhöht werden.
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Insgesamt ermöglicht die hierin beschriebene Vorgehensweise insbesondere, dass eine Steuerungsvorrichtung in einen beengten Bauraum, beispielsweise den sogenannten Bremskraftverstärkerraum eines Kraftfahrzeugs passt. Beispielsweise kann die erste Leiterplatte 10 eine kundenspezifische Logikleiterplatte sein, welche je nach Autohersteller und/oder Modell unterschiedlich sein kann. Die zweite Leiterplatte 20 kann für alle Autohersteller und Modelle gleich sein.
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Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, soweit dies technisch sinnvoll ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden, dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung Merkmale in Kombination beschrieben sein können, beispielsweise um das Verständnis zu erleichtern, obwohl diese auch separat voneinander verwendet werden können. Der Fachmann erkennt, dass solche Merkmale auch unabhängig voneinander mit anderen Merkmalen oder Merkmalskombinationen kombiniert werden können.
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Rückbezüge in Unteransprüchen können bevorzugte Kombinationen der jeweiligen Merkmale kennzeichnen, schließen jedoch andere Merkmalskombinationen nicht aus.
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Bezugszeichenliste
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- 5
- Steuerungsvorrichtung
- 6
- Gehäuse
- 10
- erste Leiterplatte
- 15
- Komponenten
- 20
- zweite Leiterplatte
- 30
- Stecker
- 31
- erster Pin
- 32
- zweiter Pin
- 40
- Auflagen
- 45
- elastisches Material
- 100
- Unterstützungswerkzeug
- 110
- Feder
- 120
- Backen
- 130
- Oberwerkzeug
