DE102022203818A1 - Elektronische Einrichtung mit abgedichtetem Gehäuse - Google Patents

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Abstract

Eine verbesserte ECU für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Gehäuse, das einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt jeweils mit einer assoziierten Dichtung enthält. Eine Leiterplatte (PCB) ist zwischen den Gehäuseabschnitten eingeschlossen. Die Dichtungen liefern Abdichtungen zwischen den Gehäuseabschnitten und jeweiligen Seiten der PCB und üben ausgeglichene Kräfte auf jede Seite aus, um eine Beanspruchung der PCB zu minimieren. Eine oder beide Dichtungen können Dichtungen mit elektromagnetischer Verträglichkeit sein.

Description

  • Hintergrund und Erfindungsgebiet
  • Im Kontext eines Kraftfahrzeugs bezieht sich der Ausdruck elektronische Steuereinheit (ECU) auf einen beliebigen in das Fahrzeug eingebetteten Computer, der eines oder mehrere der elektrischen Systeme oder Teilsysteme des Fahrzeugs steuert. Zu Beispielen für verschiedene Arten von ECU zählen Motorsteuermodule, Getriebesteuermodule, Bremssteuermodule, Karosseriesteuermodule und andere.
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine verbesserte ECU für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse, das einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt jeweils mit einer assoziierten Dichtung enthält. Eine Leiterplatte (PCB) ist zwischen den Gehäuseabschnitten eingeschlossen. Die Dichtungen liefern Abdichtungen zwischen den Gehäuseabschnitten und jeweiligen Seiten der PCB und legen ausgeglichene Kräfte an jede Seite an, um eine Beanspruchung der PCB zu minimieren.
  • Kurzdarstellung
  • ECUs sind ausgelegt, um über die Lebenszeit des Fahrzeugs hinweg zu halten. Somit liefert ein ECU-Gehäuse ein oder mehrere Abdichtungen um die PCB, um das Eindringen von Schmutz, Feuchtigkeit oder anderen Verunreinigungen zu verhindern, die die Lebenszeit der ECU verkürzen könnten. Die Abdichtungen könnten zwischen Gehäuseabschnitten oder zwischen dem Gehäuse und der PCB angeordnet sein. Solche Abdichtungen können unter Verwendung von Dichtungen bewerkstelligt werden. Das Einrichten und Aufrechterhalten solcher Abdichtungen erfordert, dass die abzudichtenden Komponenten mit ausreichender Kraft gesichert sind, um die Dichtung zwischen den Komponenten zu komprimieren. Wenn eine der abzudichtenden Komponenten eine PCB ist, kann eine derartige Kraft die PCB übermäßig beanspruchen.
  • In diesem Kontext ist Beanspruchung jede Kraft auf ein Objekt, die dazu tendiert, seine Form zu biegen oder anderweitig zu verformen. Das Abdichten einer PCB gegen ein Gehäuse kann der PCB eine Beanspruchung auferlegen, indem die PCB über der Dichtung im Wesentlichen gebogen wird. Im Laufe der Zeit kann eine derartige Beanspruchung einer PCB zu gebrochenen Lotverbindungen und anderen Problemen führen, die einen unzuverlässigen ECU-Betrieb bewirken, wodurch die Arbeitslebendauer der ECU verkürzt wird. Dementsprechend enthält die hier beschriebene ECU ein Gehäuse, das die Beanspruchung der PCB minimiert, während auch eine zuverlässige Abdichtung gegenüber Verunreinigungen bereitgestellt wird.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine ECU für ein Kraftfahrzeug. Die ECU enthält einen oberen Gehäuseabschnitt und einen unteren Gehäuseabschnitt, wobei eine PCB zwischen den Gehäuseabschnitten eingeschlossen ist. Die PCB enthält eine ECU-Schaltungsanordnung. Eine obere Dichtung liefert eine Abdichtung zwischen dem oberen Gehäuseabschnitt und einer oberen Oberfläche der PCB. Eine untere Dichtung liefert eine Abdichtung zwischen dem unteren Gehäuseabschnitt und einer unteren Oberfläche der PCB.
  • Einer oder beide der Gehäuseabschnitte können eine elektromagnetische Abschirmung umfassen, die die ECU-Schaltungsanordnung vor einer etwaigen ankommenden elektromagnetischen Störung schützt und auch etwaige abgehende elektromagnetische Störung blockiert. Wenn ein Gehäuseabschnitt eine elektromagnetische Abschirmung umfasst, wird er bevorzugt mit einer Dichtung mit elektromagnetischer Verträglichkeit (EMC(Electromagnetic Compliance)-Dichtung) gegen die PCB abgedichtet. Gehäuseabschnitte, die keine elektromagnetische Abschirmung umfassen, sind bevorzugt aus geformten Kunststoff hergestellt und mit einer Dichtung aus thermoplastischem Elastomer (TPE) gegen die PCB abgedichtet.
  • Bevorzugt sind die Dichtungen auf jeder Seite der PCB von im Wesentlichen gleicher Härte und befinden sich im Wesentlichen gegenüber einander um die PCB, so dass etwaige durch die Dichtungen auf die PCB ausgeübten Kräfte ausgeglichen sind, wodurch eine Beanspruchung der PCB minimiert wird.
  • Die obigen Aspekte der vorliegenden Offenbarung und andere Aspekte werden unten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher erläutert.
  • Figurenliste
    • 1a und 1b sind zwei alternative Perspektiven einer auseinandergezogenen Ansicht einer verbesserten ECU, die ihren mechanischen Aufbau zeigen.
    • 2 ist eine Ausschnittsansicht einer verbesserten ECU für ein Kraftfahrzeug, die eine PCB zeigt, die zwischen zwei Gehäuseabschnitten eingeschlossen und gegen jeden mit einer Dichtung abgedichtet ist.
    • 3 ist eine Draufsicht einer PCB für eine ECU, die die Anordnung einer oberen Dichtung darauf zeigt.
    • 4 ist eine Bodenansicht einer PCB für eine verbesserte ECU, die die Anordnung einer unteren Dichtung darauf zeigt.
    • 5 ist eine Draufsicht einer oberen Dichtung und einer unteren Dichtung für eine verbesserte ECU, die aufeinander überlagert sind.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die dargestellten Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen offenbart. Jedoch versteht sich, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sein sollen, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert werden können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, und einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details von bestimmten Komponenten zu zeigen. Die spezifischen offenbarten strukturellen und funktionalen Details sind nicht als beschränkend auszulegen, sondern als eine repräsentative Basis, um den Fachmann zu lehren, wie er die offenbarten Konzepte praktizieren kann.
  • Wie in 1a und 1b gezeigt, ist eine PCB 1 zwischen einem oberen Gehäuseabschnitt 2 und einem unteren Gehäuseabschnitt 3 eingeschlossen. Zur leichteren Montage sind der obere Gehäuseabschnitt 2 und der untere Gehäuseabschnitt 3 bevorzugt nicht integral, was bedeutet, dass sie vor der Montage zwei getrennte, nicht miteinander verbundene Teile sind. Die PCB 1 enthält eine ECU-Schaltungsanordnung 4. Die ECU-Schaltungsanordnung enthält mindestens einen Prozessor, einen Speicher und eine Datenschnittstelle, die es der ECU gestattet, eines oder mehrere der elektrischen Systeme oder Teilsysteme des Fahrzeugs zu steuern. In der offenbarten Ausführungsform ist die ECU ein Gateway-Modul, das interne Kommunikation zwischen Modulen an dem Fahrzeug und externe Over-the Air-Kommunikation verwaltet. Die PCB 1 enthält einen Mikroprozessor, einen Direktzugriffsspeicher (RAM), eine nichtflüchtige Datenablage, eine Ethernet-Switch-Schaltungsanordnung und eine Datenschnittstelle. Jedoch sind die Verbesserungen an einem hierin beschriebenen ECU-Gehäuse auf jeden Typ von ECU anwendbar.
  • Auf einer inneren Oberfläche des oberen Gehäuseabschnitts 2 ist eine obere Dichtung 5 angeordnet. Und auf einer inneren Oberfläche des unteren Gehäuseabschnitts 3 ist eine untere Dichtung 6 angeordnet. Die PCB 1 und die Gehäuseabschnitte 2 und 3 werden mit einer Reihe von Ankern 7 zusammengehalten. In der offenbarten Ausführungsform sind die Anker 7 Bolzen, die durch den unteren Gehäuseabschnitt 3 und die PCB 1 hindurchgehen und in den oberen Gehäuseabschnitt 2 geschraubt sind. Der obere Gehäuseabschnitt enthält eine Reihe von Muttern 8 zum Aufnehmen der Anker 7 und Sicherstellen, dass der untere Gehäuseabschnitt 3 während der Lebensdauer der ECU dicht an der PCB 1 gesichert bleibt. Die Muttern 8 sind in Ausnehmungen in dem oberen Gehäuseabschnitt 2 pressgepasst. Zusätzlich dazu, dass sie durch die Muttern 8 geschraubt sind, sind die Anker 7 auch sicher in Ausnehmungen in dem oberen Gehäuseabschnitt 2 geschraubt. Jedoch kann ein beliebiger geeigneter Anker verwendet werden, um die Gehäuseabschnitte mit der PCB zwischen ihnen aneinander zu befestigen. Die Anker 7 halten den oberen Gehäuseabschnitt 2 und den unteren Gehäuseabschnitt 3 ausreichend dicht aneinander, dass sowohl die obere Dichtung 5 als auch die untere Dichtung 6 gegen die PCB 1 komprimiert werden und ein Abdichtung bilden, die das Eindringen von Verunreinigungen verhindert. In der offenbarten Ausführungsform enthält der obere Gehäuseabschnitt 2 eine optionale zusätzliche TPE-Dichtung 9 um die Peripherie seines unteren Rands, die eine für Feuchtigkeit undurchdringliche Abdichtung zwischen dem oberen Gehäuseabschnitt 2 und dem unteren Gehäuseabschnitt 3 bereitstellt.
  • In der offenbarten Ausführungsform ist der untere Gehäuseabschnitt 3 eine Blechbasisplatte und dient als eine elektromagnetische Abschirmung, die ankommende elektromagnetische Störung (EMI) (um einen zuverlässigen Betrieb der ECU sicherzustellen) und abgehende EMI (zum Vermeiden des Störens mit anderen Modulen auf dem Fahrzeug) blockiert. Deshalb ist die untere Dichtung 6 eine EMC-Dichtung. Eine EMC-Dichtung liefert zusätzlich zu einer Fluidabdichtung einen leitfähigen Pfad zwischen den abzudichtenden Komponenten, wodurch ein Austreten von elektromagnetischer Störung in beiden Richtungen verhindert wird. In der offenbarten Ausführungsform besteht die untere (EMC-) Dichtung 6 aus Silikonschaum, der mit nickelplattierten Kohlenstoffpartikeln eingebettet ist und eine Shore-A-Härte von 60 aufweist, sie könnte aber aus einem beliebigen Material bestehen, das eine Fluidabdichtung und einen elektrisch leitfähigen Pfad zwischen dem unteren Gehäuseabschnitt 3 und der PCB 1 bildet.
  • In der offenbarten Ausführungsform ist keine elektromagnetische Abschirmung an der Oberseite der PCB 1 erforderlich, weil alle Komponenten der ECU-Schaltungsanordnung 4, die EMI emittieren oder dafür anfällig sind, sich auf der Unterseite der PCB 1 befinden. Somit ist der obere Gehäuseabschnitt 2 geformter Kunststoff. Bei hohen Produktionszahlen sind geformte Kunststoffteile leichter und einfacher herzustellen als Gussmetallteile. Außerdem ist Blech, obwohl es manchmal geringere Kosten hat, typischerweise nicht zur Verwendung als ein oberer Gehäuseabschnitt (im Gegensatz zu einer Blechbasisplatte) geeignet, weil es beispielsweise eine begrenzte Fähigkeit zum Implementieren von Befestigungsmerkmalen liefert. Wie oben angemerkt, sind Gehäuseabschnitte, die keine elektromagnetische Abschirmung umfassen, bevorzugt mit einer TPE-Dichtung gegen die PCB abgedichtet, was preiswerter als eine EMC-Dichtung ist und sich leicht mit einem geformten Kunststoffgehäuse verbindet. Dementsprechend ist in der offenbarten Ausführungsform die obere Dichtung 5 eine TPE-Dichtung. Je nach dem speziellen Nutzungsfall könnten jedoch eine oder beide des oberen Gehäuseabschnitts 2 und des unteren Gehäuseabschnitts 3 Metall oder Kunststoff sein, mit entsprechenden EMC-Dichtungen beziehungsweise TPE-Dichtungen.
  • In der offenbarten Ausführungsform weist die obere Dichtung 5 eine Shore-A-Härte von 60 auf, was gleich der Härte der unteren Dichtung 6 ist. Um eine Beanspruchung der PCB 1 zu reduzieren, sind die Härte der oberen Dichtung 5 und die Härte der unteren Dichtung 6 bevorzugt ausgeglichen. Das Ausgleichen der Nennhärten der oberen Dichtung 5 und der unteren Dichtung 6 erfordert nicht, dass die Nennwerte exakt gleich sind, aber sie sollten innerhalb von 5% voneinander liegen.
  • 2 ist eine Ausschnittsansicht einer verbesserten ECU in ihrem montierten Zustand. Die nicht gezeigten Anker 7 halten die Komponenten fest aneinander. Die obere Dichtung 5 liefert eine Abdichtung zwischen dem oberen Gehäuseabschnitt 2 und der oberen Oberfläche der PCB 1. Die untere Dichtung 6 liefert eine Abdichtung zwischen dem unteren Gehäuseabschnitt 3 und der unteren Oberfläche der PCB 1. Die obere Dichtung 5 und die untere Dichtung 6 sind einander gegenüber auf jeweiligen Seiten der PCB 1 angeordnet. Somit sind etwaige Kräfte, die durch die Dichtungen auf die jeweiligen Seiten der PCB ausgeübt werden, ausgeglichen, wodurch eine Beanspruchung der PCB 1 vermieden wird.
  • Die 3 und 4 zeigen jeweils die Anordnung der oberen Dichtung 5 auf der oberen Oberfläche der PCB 1 und der unteren Dichtung 6 auf der unteren Oberfläche der PCB 1. Wie gezeigt, befindet sich die ECU-Schaltungsanordnung 4 innerhalb der Dichtungen oder wird von ihnen umschrieben. Wenn die ECU montiert wird, verhindern die Dichtungen somit das Eindringen von Verunreinigungen in die ECU-Schaltungsanordnung.
  • 5 zeigt die obere Dichtung 5 und die untere Dichtung 6 übereinandergelegt, wie sie es in der montierten ECU wären, aber die PCB und das Gehäuse sind nicht zu sehen. Wie gezeigt, folgen die obere Dichtung 5 und die untere Dichtung 6 beinahe, aber nicht absolut, identischen Pfaden um die Peripherie der PCB 1. Um eine unnötige Beanspruchung der PCB 1 zu vermeiden, sollten die Pfade der oberen Dichtung 5 und der unteren Dichtung 6 auf jeweiligen Seiten der PCB 1 einander gegenüberliegen, es ist aber nicht erforderlich, dass die Pfade zueinander identisch gespiegelt sind. Beispielsweise könnten in gekrümmten Sektionen der Dichtungen ihre Pfade abweichen, solange die Mittelpunkte etwaiger Krümmungsradien um nicht mehr als die zulässigen PCB-Beanspruchungsdesigngrenzen versetzt sind. Gleichermaßen sollten in geraden Sektionen die Pfade um nicht mehr als die zulässigen PCB-Beanspruchungsdesigngrenzen voneinander versetzt sein.
  • Wenngleich oben Ausführungsbeispiele beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der offenbarten Vorrichtung und des offenbarten Verfahrens beschreiben. Vielmehr sind die in der Patentschrift verwendeten Wörter Wörter der Beschreibung anstatt der Beschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Offenbarung, wie beansprucht, abzuweichen. Die Merkmale verschiedener implementierender Ausführungsformen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der offenbarten Konzepte zu bilden.

Claims (20)

  1. Elektronische Steuereinheit für ein Kraftfahrzeug, umfassend: einen ersten Gehäuseabschnitt; eine erste Dichtung; einen zweiten Gehäuseabschnitt, der mit dem ersten Gehäuseabschnitt nicht integral ist; eine zweite Dichtung; und eine Leiterplatte, die eine elektronische Steuereinheitsschaltungsanordnung enthält, wobei die erste Dichtung eine Abdichtung zwischen dem ersten Gehäuseabschnitt und einer ersten Seite der Leiterplatte bereitstellt und die zweite Dichtung eine Abdichtung zwischen dem zweiten Gehäuseabschnitt und einer zweiten Seite der Leiterplatte bereitstellt.
  2. Elektronische Steuereinheit nach Anspruch 1, wobei der erste Gehäuseabschnitt eine elektromagnetische Abschirmung umfasst.
  3. Elektronische Steuereinheit nach Anspruch 2, wobei die erste Dichtung eine Dichtung mit elektromagnetischer Verträglichkeit ist.
  4. Elektronische Steuereinheit nach Anspruch 3, wobei die zweite Dichtung eine Dichtung aus thermoplastischem Elastomer ist.
  5. Elektronische Steuereinheit nach Anspruch 3, wobei der zweite Gehäuseabschnitt eine elektromagnetische Abschirmung umfasst.
  6. Elektronische Steuereinheit nach Anspruch 5, wobei die zweite Dichtung eine Dichtung mit elektromagnetische Verträglichkeit ist.
  7. Elektronische Steuereinheit nach Anspruch 1, wobei die erste Dichtung auf der ersten Seite der Leiterplatte angeordnet ist und eine oder mehrere elektrische Komponenten umschreibt, die auf der ersten Seite der Leiterplatte montiert sind.
  8. Elektronische Steuereinheit nach Anspruch 7, wobei die erste Dichtung zwischen der ersten Seite der Leiterplatte und dem ersten Gehäuseabschnitt komprimiert ist.
  9. Elektronische Steuereinheit nach Anspruch 1, wobei die erste Dichtung und die zweite Dichtung jeweils einander gegenüber auf der ersten Seite der Leiterplatte und der zweiten Seite der Leiterplatte auf eine Weise angeordnet sind, die etwaige mechanische Kräfte ausgleicht, die durch die erste Dichtung und zweite Dichtung auf die Leiterplatte ausgeübt werden.
  10. Elektronische Steuereinheit nach Anspruch 9, wobei die erste Dichtung eine erste Härte aufweist, die zweite Dichtung eine zweite Härte aufweist und die erste Härte und die zweite Härte ausgeglichen sind.
  11. Vorrichtung, umfassend: eine Leiterplatte, die innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist; wobei das Gehäuse einen ersten Gehäuseabschnitt und einen zweiten Gehäuseabschnitt enthält, wobei der zweite Gehäuseabschnitt in dem ersten Gehäuseabschnitt nicht integral ist, wobei die Leiterplatte zwischen dem ersten Gehäuseabschnitt und dem zweiten Gehäuseabschnitt angeordnet ist, wobei eine erste Dichtung zwischen dem ersten Gehäuseabschnitt und einer ersten Seite der Leiterplatte angeordnet ist und eine Abdichtung zwischen dem ersten Gehäuseabschnitt und der ersten Seite der Leiterplatte liefert, und wobei eine zweite Dichtung zwischen dem zweiten Gehäuseabschnitt und einer zweiten Seite der Leiterplatte angeordnet ist und eine Abdichtung zwischen dem zweiten Gehäuseabschnitt und der zweiten Seite der Leiterplatte bereitstellt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der erste Gehäuseabschnitt eine elektromagnetische Abschirmung umfasst.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die erste Dichtung eine Dichtung mit elektromagnetischer Verträglichkeit ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die zweite Dichtung eine Dichtung aus thermoplastischem Elastomer ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der zweite Gehäuseabschnitt eine elektromagnetische Abschirmung umfasst.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die zweite Dichtung eine Dichtung mit elektromagnetischer Verträglichkeit ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die erste Dichtung und die zweite Dichtung jeweils einander gegenüber auf der ersten Seite der Leiterplatte und der zweiten Seite der Leiterplatte auf eine Weise angeordnet sind, die etwaige mechanische Kräfte ausgleicht, die durch die erste Dichtung und zweite Dichtung auf die Leiterplatte ausgeübt werden.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die erste Dichtung eine erste Härte aufweist, die zweite Dichtung eine zweite Härte aufweist und die erste Härte und die zweite Härte ausgeglichen sind.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die erste Dichtung auf einer ersten Seite der Leiterplatte angeordnet ist und eine oder mehrere elektrische Komponenten umschreibt, die auf der ersten Seite der Leiterplatte montiert sind.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die erste Dichtung zwischen der ersten Seite der Leiterplatte und dem ersten Gehäuseabschnitt komprimiert ist.
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