EP3080817B1 - Verwendung von metallischen verbindungsleitungen in einem steuergerät - Google Patents

Verwendung von metallischen verbindungsleitungen in einem steuergerät Download PDF

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EP3080817B1
EP3080817B1 EP14806231.8A EP14806231A EP3080817B1 EP 3080817 B1 EP3080817 B1 EP 3080817B1 EP 14806231 A EP14806231 A EP 14806231A EP 3080817 B1 EP3080817 B1 EP 3080817B1
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EP
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metallic connection
connection line
housing
plastic
control device
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Johannes Brunner
Susanne Franz
Stefan GOTTSCHLING
Stefan Müller
Bernhard Schuch
Christian Walda
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Conti Temic Microelectronic GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • H01B1/026—Alloys based on copper

Definitions

  • the invention relates to a use of a metallic connecting line in a control device for a motor vehicle according to the preamble of claim 1.
  • the control units usually contain a plurality of electronic components, which are surrounded by a housing made of plastic and / or metal.
  • the electronic components in the control unit housing are in particular electrically connected to components such as sensors or actuators outside the housing by means of metallic connecting lines signal or energy transmitting.
  • These metallic connecting cables are often designed as cabling, as flex foil or as a stamped grid. They consist predominantly of highly electrically conductive copper materials or copper alloys with different proportions of alloy.
  • the copper alloys are typically copper with one or more companion metals, e.g. Tin, zinc, iron, aluminum, nickel, manganese, silicon, chromium, titanium, lead with a total alloy content less than about 10 percent by weight.
  • Coated alloys with alloy contents greater than about 10 percent by weight have substantially the same electrical properties, but are used less frequently because they are correspondingly more expensive.
  • the control units are normally arranged as an add-on or as a local control unit in the corresponding unit.
  • a local control device in fluid environment such as oils and possibly resulting gases in high demands on the material resistance, in particular the sealing of the generally two-piece housing and / or to the seal of the implementation of the metallic connecting lines placed in the housing.
  • these are injected in particular in plastic or molded with plastic.
  • the DE 10 2004 018 488 A1 describes such a gas and liquid-tight electrical passage of a conductor through a wall of a plastic housing, wherein the plastic housing at least in the region of the head double-walled, consisting of an inner and an outer wall is formed. Between the inner wall and the outer wall, a permanently elastic material is arranged, which completely surrounds the conductor between the inner wall and the outer wall, and the conductor is injected into the plastic housing.
  • a local control unit, especially in a transmission is constantly surrounded by oil.
  • the oil should primarily prevent wear on the rotating parts in the transmission and reduce friction.
  • the quality of these properties depends in particular on the sulfur content in the oil. Sulfur molecules are extremely polar and attach themselves to the metal surfaces. Under load, there is a chemical reaction between the metallic roughness peaks of the metal surfaces and the sulfur molecules. In the process, a reaction layer forms on the surfaces, which reduces wear and friction. The material in the reaction layer is somewhat softer so that breakage or localized welding of the roughness peaks is avoided.
  • adapted high-performance gear oils with improved lubricating properties with a higher sulfur content in particular of about 1200-20000 ppm, are used.
  • these lubricating fluids with the increased sulfur content have the disadvantage that, especially at higher temperatures, in particular at about 90 ° C and higher, they have a high corrosion potential compared to copper materials and copper alloys and in contact with the conventional copper materials and copper alloys described above Alloy shares of less than 10-12% attack.
  • the GB 2 285 265 A describes a sliding contact material comprising a steel plate having a layer of sintered copper alloy with 4-20% Sn and 1-10% Ni, resistant to sulfur-containing lubricants.
  • the US 2007/199408 A1 describes the use of a Cu-Ni based copper alloy of composition 12 to 50% by mass of Ni, 5 to 20% by mass Sn, 0.5 to 5% by mass C, remainder copper and impurities in the presence of sulfur-containing oils in transmissions for automobiles.
  • the invention is therefore based on the object to create suburban control units with metallic connecting lines such that they do not fail even in an environment of oils which have a sulfur content greater than about 1200 ppm.
  • Suburb control devices in motor vehicle construction comprise at least one electronic control unit in a housing which are electrically connected to electrical components, such as sensors, in particular rotational speed sensors or temperature sensors, outside the housing using metallic connecting lines.
  • the housing in particular the housing of a suburb transmission control unit is arranged in an environment of oils with sulfur contents greater than about 1200 ppm.
  • a metallic connecting lead a lead made of a copper alloy having an alloying content of zinc greater than 10% is used, thereby preventing a corrosion of the metal on the metallic lead.
  • Copper alloy interconnections with more than 10 weight percent incident metal components are known, e.g. German silver or brass.
  • these have in the past been used only in conjunction with non-aggressive or less aggressive oils having a sulfur content of less than about 1200 ppm. In this use, sulfur corrosion has not been a problem and the corrosion resistant property of this material has not been known or necessary in such applications.
  • the proportion of zinc in the copper alloy can be greater than 12% instead of greater than 10%. In other cases, especially a range between 10 - 45% and 12 - 45% has proven to be particularly resistant to corrosion.
  • a metallic connecting lines mainly rigid punched grid, or more flexible wiring or flexible circuit boards, also Flex films called used.
  • the housing of the control unit usually comprises at least two housing parts made of plastic and / or metal.
  • the housing parts are each connected to each other by means of a seal.
  • the seal can be designed, for example, as a separate insert seal, but alternatively it can also be a molded liquid seal.
  • the metallic connecting lines which both conduct currents of up to 100 amperes, for example for outgoing control currents of peripheral electronic components, for example pump controls or transmit electrical sensor signals with only very small currents from the interior of the housing to the outside, are in particular along a seal from the housing interior in led the outside of the housing.
  • the metallic connecting line is injected into the plastic or encapsulated in plastic.
  • this housing part is double-walled, at least in the region of the metallic connecting line.
  • the space between inner wall and outer wall can be filled with a special liquid sealing material.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verwendung einer metallischen Verbindungsleitung in einem Steuergerät für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Kraftfahrzeugsteuergeräte steuern bzw. regeln insbesondere Vorgänge in Aggregaten wie Motoren oder automatischen bzw. automatisierten Getrieben. Die Steuergeräte enthalten in der Regel eine Vielzahl von elektronischen Komponenten, die von einem Gehäuse aus Kunststoff und/ oder Metall umgeben sind. Die elektronischen Komponenten im Steuergerätgehäuse sind insbesondere mit Komponenten wie Sensoren oder Stellgliedern außerhalb des Gehäuses mittels metallischer Verbindungsleitungen signal- bzw. energieübertragend elektrisch verbunden. Diese metallischen Verbindungsleitungen sind häufig als Verkabelung, als Flexfolie oder als Stanzgitter ausgeführt. Sie bestehen überwiegend aus elektrisch hoch leitfähigen Kupferwerkstoffen bzw. Kupferlegierungen mit unterschiedlichen Legierungsanteilen. Die Kupferlegierungen sind in der Regel aus Kupfer mit einem oder mehreren Begleitmetallen wie z.B. Zinn, Zink, Eisen, Aluminium, Nickel, Mangan, Silizium, Chrom, Titan, Blei mit einem Gesamtlegierungsanteil kleiner ca. 10 Gewichtsprozent.
  • Kuferlegierungen mit Legierungsanteilen größer ca. 10 Gewichtsprozent weisen im Wesentlichen dieselben elektrischen Eigenschaften auf, werden aber seltener verwendet, da sie entsprechend teurer sind.
  • Die Steuergeräte sind im Normalfall als Anbau- am oder als Vorortsteuergerät im entsprechenden Aggregat angeordnet. Vor allem bei der Verwendung als Vorortsteuergerät in fluider Umgebung wie Ölen und unter Umständen darin entstehenden Gasen werden hohe Anforderungen an die Materialbeständigkeit, insbesondere der Abdichtung des in der Regel zweiteiligen Gehäuses und/ oder an die Abdichtung der Durchführung der metallischen Verbindungsleitungen im Gehäuse gestellt. Bei der Abdichtung der Durchführung der metallischen Verbindungsleitungen im Gehäuse sind diese vor allem in Kunststoff eingespritzt bzw. mit Kunststoff umspritzt.
  • Die DE 10 2004 018 488 A1 beschreibt einen derartige gas- und flüssigkeitsdichte elektrische Durchführung eines Leiters durch eine Wand eines Kunststoffgehäuses, wobei das Kunststoffgehäuse mindestens im Bereich des Leiters doppelwandig, bestehend aus einer Innen- und einer Außenwand, ausgebildet ist. Zwischen der Innenwand und der Außenwand ist ein dauerelastisches Material angeordnet, das den Leiter zwischen der Innenwand und der Außenwand vollständig umgibt, und der Leiter in das Kunststoffgehäuse eingespritzt ist.
  • Ein Vorortsteuergerät, insbesondere in einem Getriebe ist ständig von Öl umgeben. Das Öl soll als Schmierstoff in erster Linie Verschleiß an den sich drehenden Teilen im Getriebe verhindern und Reibung reduzieren. Die Güte dieser Eigenschaften hängen insbesondere vom Schwefelgehalt im Öl ab. Schwefelmoleküle sind extrem polar und lagern sich an den Metalloberflächen an. Unter Belastung kommt es zu einer chemischen Reaktion zwischen den metallischen Rauheitsspitzen der Metalloberflächen und den Schwefelmolekülen. Dabei bildet sich an den Oberflächen eine Reaktionsschicht, die den Verschleiß und die Reibung reduziert. Das Material in der Reaktionsschicht ist etwas weicher, so dass ein Abbrechen oder örtliches Verschweißen der Rauheitsspitzen vermieden wird.
  • In der Vergangenheit, als noch keine Hochleistungsgetriebe verwendet wurden und die Ansprüche an die Öle daher niedriger waren, wurden in Automatikgetrieben Getriebeflüssigkeiten insbesondere so genannte ATF-Öle (ATF: Automatic Transmission Fluid) mit einem Schwefelanteil kleiner ca. 1200 ppm eingesetzt.
  • Bei neuen Hochleistungsgetrieben kommen angepasste Hochleistungsgetriebeöle mit verbesserten Schmiereigenschaften mit einem höheren Schwefel-Gehalt, insbesondere von ca. 1200-20000 ppm zum Einsatz.
  • Diese Schmierflüssigkeiten mit dem erhöhten Schwefel-Gehalt haben aber den Nachteil, dass sie vor allem bei höheren Temperaturen, insbesondere bei circa 90°C und höher, ein hohes Korrosionspotential gegenüber Kupferwerkstoffen sowie Kupferlegierungen aufweisen und bei Kontakt die herkömmlichen, oben beschriebenen Kupfermaterialien und Kupferlegierungen mit Legierungsanteilen von kleiner ca. 10-12% angreifen.
  • Dies führt häufig zu Korrosionseffekten im Inneren der Kunststoffgehäuse und damit zu Fehlern in der Verbindungstechnologie, z.B. durch Auflösung von Schweißstellen zwischen verschiedenen Abschnitten der elektrischen Leitungen oder zur Bildung von Kurzschlüssen zwischen stromführenden Verbindungsleitungen bei angelegtem Potential, welche dann zum Ausfall des Getriebesteuergeräts führen.
  • Die GB 2 285 265 A beschreibt ein Material für einen gleitenden Kontakt, umfassend eine Stahlplatte mit einer Schicht aus einer gesinterten Kupferlegierung mit 4-20% Sn und 1-10% Ni, beständig gegen schwefelhaltige Schmiermittel.
  • Die US 2007/199408 A1 beschreibt die Verwendung einer auf Cu-Ni-basierenden Kupferlegierung der Zusammensetzung 12 bis 50 Masse% Ni, 5 bis 20 Masse% Sn, 0.5 bis 5 Masse% C, Rest Kupfer und Verunreinigungen in Gegenwart schwefelhaltiger Öle in Getrieben für Automobile.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Vorortsteuergeräte mit metallischen Verbindungsleitungen derart zu schaffen, dass sie auch in einer Umgebung von Ölen, die einen höheren Schwefelgehalt als ca. 1200 ppm aufweisen, nicht ausfallen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung von Steuergeräten mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Vorortsteuergeräte im Kraftfahrzeugbau umfassen mindestens eine elektronische Steuereinheit in einem Gehäuse, die unter Verwendung von metallischen Verbindungsleitungen mit elektrischen Komponenten, wie zum Beispiel Sensoren, insbesondere Drehzahlsensoren oder Temperatursensoren außerhalb des Gehäuses elektrisch verbunden sind.
  • Erfindungsgemäß ist das Gehäuse, insbesondere das Gehäuse eines Vorortgetriebesteuergerätes in einer Umgebung von Ölen mit Schwefelanteilen größer als ca. 1200 ppm angeordnet. Als metallische Verbindungsleitung wird eine Leitung aus einer Kupferlegierungen mit einem Legierungsanteil von Zink größer als 10 % verwendet, wodurch eine Schwefelkorrosion an der metallischen Verbindungsleitung vermieden wird.
  • Verbindungsleitungen aus Kupferlegierungen mit Begleitmetallanteilen von mehr als 10 Gewichtsprozent sind bekannt, z.B. Neusilber oder Messinge. Jedoch wurden diese in der Vergangenheit nur in Verbindung mit nicht bzw. wenig aggressiven Ölen mit einem Schwefelanteil von kleiner ca. 1200 ppm verwendet. Bei dieser Verwendung war die Schwefelkorrosion bisher kein Problem und die korrosionsbeständige Eigenschaft dieses Materials waren in solchen Anwendungen weder bekannt noch notwendig.
  • Neu ist die Verwendung dieser Legierungen in den neuen aggressiven Ölen. Die Korrosionsbeständigkeit der Kupferlegierungen mit einem Legierungsanteil von Zink größer 10 % gegen Getriebeöle mit einem erhöhten Schwefelgehalt von ca. 1200 ppm wurde erst bei dieser Verwendung entdeckt.
  • Der Anteil von Zink an der Kupferlegierung kann je nach Anwendung statt größer 10% auch bei größer 12 % liegen. In anderen Fällen hat sich vor allem ein Bereich zwischen 10 - 45% bzw. 12 - 45% als besonders korrosionsbeständig erwiesen.
  • Vorzugsweise werden als metallische Verbindungsleitungen vorwiegend starre Stanzgitter, oder eher flexible Verkabelungen oder flexible Leiterplatten, auch Flexfolien genannt, verwendet.
  • Das Gehäuse des Steuergerätes umfasst in der Regel mindestens zwei Gehäuseteile aus Kunststoff und/ oder Metall. Die Gehäuseteile sind jeweils mittels einer Dichtung miteinander verbunden. Die Dichtung kann beispielweise als separate Einlegedichtung ausgelegt sein, alternativ kann es sich aber auch um eine angespritzte Flüssigdichtung handeln. Die metallischen Verbindungsleitungen, die sowohl Ströme bis zu 100 Ampere, beispielsweise für ausgehende Steuerströme peripherer elektronischer Komponenten, zum Beispiel Pumpensteuerungen leiten oder aber elektrische Sensorsignale mit nur sehr geringen Strömen aus dem Inneren des Gehäuses nach außen übertragen, sind insbesondere entlang einer Dichtung vom Gehäuseinnenbereich in den Außenbereich des Gehäuses geführt.
  • Vorzugsweise bei Gehäuseteilen aus Kunststoff ist die metallische Verbindungsleitung in den Kunststoff eingespritzt oder mit Kunststoff umspritzt.
  • Insbesondere bei Gehäuseteilen aus Kunststoff, ist dieses Gehäuseteil zumindest im Bereich der metallischen Verbindungsleitung doppelwandig ausgeführt. Der Raum zwischen Innenwand und Außenwand kann dabei mit einem speziellen flüssigen Dichtmaterial ausgefüllt sein.

Claims (8)

  1. Verwendung einer metallischen Verbindungsleitung in einem Vorortsteuergerät im Kraftfahrzeugbau, wobei das Vorortsteuergerät mindestens eine elektronische Steuereinheit in einem Gehäuse umfasst und die metallischen Verbindungsleitung die Steuereinheit im Gehäuse mit elektrischen Komponenten außerhalb des Gehäuses elektrisch verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse in einer Umgebung von Ölen mit Schwefelanteilen größer als ca. 1200 ppm angeordnet ist und als metallische Verbindungsleitung Kupferlegierungen Kupfer mit einem Legierungsanteil von Zink (Zn) größer als 10% verwendet werden, und da- durch Schwefelkorrosion an der metallischen Verbindungsleitung vermieden wird.
  2. Verwendung einer metallischen Verbindungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Legierungsanteil von Zink (Zn) größer als 12 % ist.
  3. Verwendung einer metallischen Verbindungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Legierungsanteil von Zink (Zn) größer als 10 % und kleiner als 45% ist.
  4. Verwendung einer metallischen Verbindungsleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Legierungsanteil von Zink (Zn) größer als 12 % und kleiner als 45% ist.
  5. Verwendung einer metallischen Verbindungsleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als metallische Verbindungsleitung Stanzgitter, Verkabelungen oder Flexfolien verwendet werden.
  6. Verwendung einer metallischen Verbindungsleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Steuergerätes mindestens zwei Gehäuseteile umfasst, die jeweils mittels einer Dichtung miteinander verbunden sind, und mindestens eine metallische Verbindungsleitung entlang einer Dichtung vom Gehäuseinnenbereich in den Außenbereich des Gehäuses geführt ist.
  7. Verwendung einer metallischen Verbindungsleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mindestens ein Gehäuseteil aus Kunststoff umfasst, wobei die metallische Verbindungsleitung in den Kunststoff eingespritzt oder mit Kunststoff umspritzt ist.
  8. Verwendung von metallischen Verbindungsleitungen nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil aus Kunststoff, zumindest im Bereich der metallischen Verbindungsleitung doppelwandig ausgeführt ist.
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