WO2020011419A1

WO2020011419A1 - Einrichtung zur verbesserung der elektromagnetischen verträglichkeit von elektrischen/elektronischen geräten, gerät und anordnung

Info

Publication number: WO2020011419A1
Application number: PCT/EP2019/062105
Authority: WO
Inventors: Thomas Goettel; Thomas Kimpel; Ingmar Joas
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2019-05-11
Publication date: 2020-01-16
Also published as: JP2021530840A; US20210265749A1; DE102018211622A1; CN112385327A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung (13) zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit von elektrischen/elektronischen Geräten, mit einem elektrisch leitfähigen Federelement (8), das zwischen einem ersten elektrischen/elektronischen Gerät, insbesondere Steuergerät (2), und einem zweiten Gerät, insbesondere Bremsanlage (3) oder Aktuator (4), vorgespannt anordenbar ist, um eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Geräten herzustellen. Es ist vorgesehen, dass das Federelement (8) zumindest eine Schraubenfeder (14,15;19) mit zumindest zwei gegenläufigen Windungsabschnitten (17,18) aufweist.

Description

Beschreibung

Titel

Einrichtung zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit von elektrischen/elektronischen Geräten, Gerät und Anordnung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit von elektrischen/elektronischen Geräten, mit einem elektrisch leitfähigen Federelement, das zwischen einem ersten elektrischen/elektronischen Gerät, insbesondere Steuergerät, und einem zweiten Gerät, insbesondere Bremsanlage oder Aktuator, vorgespannt anordenbar ist, um eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Geräten herzustellen.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein elektrisches/elektronisches Gerät mit einer derartigen Einrichtung sowie eine Anordnung mit zwei Geräten, zwischen denen eine derartige Einrichtung vorgesehen ist.

Stand der Technik

Zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit ist es bekannt, elektrische Verbindungen von einem Gerät zu einem anderen herzustellen, sodass eine Ableitung elektrischer Energie insbesondere zu Masse störungsfrei erfolgt. Beispielsweise werden Steuergeräte für Bremsanalagenregelungen in Kraftfahrzeugen als Anbausteuergeräte direkt auf einem Hydraulikblock oder Motorgehäuse befestigt. Die Steuergeräte können elektromagnetische Strahlung abgeben, die beispielsweise durch einen getakteten Betrieb des Steuergeräts entstehen. Zur Reduzierung dieser Abstrahlungen ist es bekannt, eine

Einrichtung einzusetzen, welche das Steuergerät elektrisch mit dem elektrisch leitfähigen Gehäuse des anderen Geräts, insbesondere Motor, Getriebe oder dergleichen, elektrisch verbindet, und dadurch die elektromagnetische

Abstrahlung direkt in das Gehäuse einleitet und dadurch andere Komponenten vor der elektromagnetischen Strahlung schützt. Auch Steuergeräte, die mit einer Hochfrequenztaktung betrieben werden, müssen bestimmte Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit erfüllen. Grundsätzlich ist es bekannt, als Einrichtung ein Federelement, eine sogenannte EMV-Feder, vorzusehen, die zwischen dem einen und dem anderen Gerät vorgespannt ist, sodass auch bei Auftreten von Vibrationen eine sichere elektrische Verbindung durch das

Federelement gewährleistet ist. Für die Wirksamkeit der elektrischen Verbindung ist ein niedriger elektrischer Widerstand von Vorteil. Bei

Hochfrequenzanwendungen kommt außerdem auch ein induktiver

Scheinwiderstand zum Tragen.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Ableitung von elektromagnetischen Impulsen vorteilhaft erfolgt aufgrund eines reduzierten Blindwiderstands des Federelements. Dazu sind keine zusätzlichen elektronischen Bauelemente von Nöten, wodurch die

Einrichtung kostengünstig realisierbar ist und auch als Nachrüstlösung genutzt werden kann. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass als Federelement zumindest eine Schraubenfeder mit zwei gegenläufigen Windungsabschnitten aufweist. Durch den gegenläufigen Wicklungssinn der Windungsabschnitte wird erreicht, dass die induzierten Ströme gegensinnig fließen, wodurch der

Blindwiderstand insgesamt reduziert wird. Insbesondere bei

Hochfrequenzanwendungen führt dies zu dem Vorteil einer verbesserten elektromagnetischen Verträglichkeit des Geräts, das durch diese Einrichtung mit einem weiteren Gerät elektrisch verbunden ist. Durch die Erfindung wird somit die durch das Federelement vorhandene Induktivität, die zwischen den Geräten wirkt, überwunden und das Ableitungsverhalten verbessert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die

Windungsabschnitte koaxial zueinander in zwei Schraubenfedern ausgebildet. Es sind somit zwei Schraubenfedern vorhanden, die koaxial zueinander liegen, sodass eine Schraubenfeder innerhalb der anderen Schraubenfeder geführt ist, wobei insbesondere der Außendurchmesser der innengeführten Schraubenfeder kleiner als der Innendurchmesser der außengeführten Schraubenfeder ist. Dadurch, dass die Windungsabschnite gegenläufig ausgebildet sind, wird der oben genannte Vorteil erreicht. Durch die koaxiale Anordnung wird außerdem der Vorteil einer kompakten Ausführung der Einrichtung gewährleistet.

Bevorzugt sind die zwei Schraubenfedern einstückig miteinander ausgebildet, wodurch auch zwischen den Schraubenfedern eine vorteilhafte elektrische Leitung gewährleistet ist und eine einfache Handhabbarkeit des Federelements gewährleistet ist.

Alternativ sind die zwei Schraubenfedern vorzugsweise separat ausgebildet und elektrisch leitfähig aneinander befestigt. Die separate Ausbildung vereinfacht die Herstellung der beiden Schraubenfedern, was zu entsprechenden

Kostenvorteilen führt. Durch die elektrische Verbindung werden die vorstehend genannten Vorteile gewährleistet.

Insbesondere sind die beiden Schraubenfedern an zumindest einen

Federdrahtende miteinander insbesondere stoffschlüssig verbunden. Dadurch ist eine sichere elektrische Verbindung gewährleistet. Vorzugsweise sind die Schraubenfedern an beiden Federdrahtenden jeweils miteinander, insbesondere stoffschlüssig verbunden.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind die

Windungsabschnite axial hintereinander in der einen Schraubenfeder ausgebildet. Dadurch baut die Schraubenfeder axial länger, bietet jedoch den Vorteil einer reduzierten Teilezahl mit einer entsprechend einfachen Handhabung bei der Montage.

Das erfindungsgemäße Gerät mit den Merkmalen des Anspruchs 8 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Einrichtung aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Insbesondere handelt es sich bei dem Gerät um ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, insbesondere um das Steuergerät einer Bremsanlage, das bevorzugt auf einem Hydraulikblock oder einem

Motorgehäuse, welches das zweite Gerät bildet, anbringbar oder angebracht ist. Die erfindungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Einrichtung oder das erfindungsgemäße Gerät aus. Es ergeben sich dadurch die bereits genannten Vorteile. Das Federelement ist dabei zwischen dem ersten Gerät und dem zweiten Gerät vorgespannt gehalten, sodass Fertigungs- und Montagetoleranzen durch die elastische Verformbarkeit des Federelements im Betrieb sicher ausgeglichen werden können und die vorteilhafte elektromagnetische Verträglichkeit dauerhaft gewährleistet wird. Insbesondere handelt es sich bei dem ersten Gerät um das erfindungsgemäße Gerät beziehungsweise das vorstehend genannte

Steuergerät. Bei dem zweiten Gerät handelt es sich insbesondere um einen Elektromotor, ein Getriebe, einen Hydraulikblock oder dergleichen, insbesondere einer Bremsanlage.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schraubenfeder axial einendig auf einen elektrischen Anschlusskontakt der Leiterplatte und anderendig auf einem elektrisch leitfähigen Kontaktelement des zweiten Geräts aufliegt. Dadurch ist eine einfache und sichere elektrische Verbindung zur Ableitung

elektromagnetischer Impulse vorhanden.

Besonders bevorzugt ist das elektrisch leitfähige Kontaktelement des zweiten Geräts ein Gehäuse oder ein Gehäuseteil oder Motorteil des zweiten Geräts. Es ergeben sich dadurch die bereits genannten Vorteile.

Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden.

Dazu zeigen

Figur 1 eine vorteilhafte Anordnung in einer vereinfachten

Schnittdarstellung,

Figuren 2A bis 2D eine vorteilhafte Einrichtung der Anordnung in mehreren

Darstellungen, und Figuren 3A und 3B eine alternative Ausführungsform der Einrichtung in unterschiedlichen Darstellungen.

Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Schnittdarstellung eine vorteilhafte

Anordnung 1 mit einem Steuergerät 2 als erstes Gerät und einer Bremsanlage 3 als zweites Gerät. Die Bremsanlage 3 weist einen elektromagnetischen Aktuator 4 auf, der durch das Steuergerät 2 ansteuerbar ist und insbesondere dazu dient, ein hier nicht dargestelltes Ventil zu betätigen. Dazu weist das Steuergerät 2 beispielsweise eine Leistungselektronik 5 auf, die zumindest in Teilen auf einer Leiterplatte 6 angeordnet ist. Die Leiterplatte weist mehrere elektrisch leitfähige Leiterbahnen auf, von denen zumindest eine in einer elektrischen

Anschlusskontakt 7, beispielsweise in Form einer Berührungskontaktfläche, endet oder eine solche aufweist.

Auf dem Anschlusskontakt 7 stützt sich axial ein Federelement 8 ab, das anderendig auf einem Gehäuse 9 des Aktuators 4 aufliegt. Das Federelement 8 ist elektrisch leitfähig ausgebildet und stellt somit eine elektrische Verbindung von dem Gehäuse 9 zu der Leiterplatte 5 her. Dabei ist das Federelement 8 als Schraubenfedereinrichtung 10 ausgebildet, die in einem Gehäuseabschnitt 11 eines Gehäuses 12 des Steuergeräts 2 und/oder der Hydraulikanlage 3 seitlich geführt gehalten ist, sodass ein Ausknicken des Federelements 8 auch bei einer hohen axialen Belastung sicher verhindert ist.

Das Federelement 8 bildet eine vorteilhafte Einrichtung 13 zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit insbesondere des Steuergeräts 2. Dazu ist das Federelement 8 vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass es eine vorteilhafte Ableitung elektromagnetischer Impulse auch bei einer

Hochfrequenzanwendung erlaubt. Dazu ist das Federelement 8

vorteilhafterweise wie im Folgenden beschrieben ausgebildet.

Figuren 2A bis 2D zeigen hierzu in mehreren Darstellungen ein erstes

Ausführungsbeispiel des Federelements 8. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Federelement 8 durch zwei Schraubenfedern 14, 15 gebildet, die koaxial zueinander angeordnet sind. Dabei sind die Schraubenfedern 14, 15 gegenläufig gewickelt. Figur 2B zeigt dabei in einer Einzelansicht die innenliegende Schraubenfeder 15 und Figur 2C die außenliegende Schraubenfeder 14. Die Schraubenfedern sind an ihren Wicklungsenden beispielsweise durch eine Schweißstelle 16 stoffschlüssig elektrisch und mechanisch miteinander verbunden. Dadurch ergibt sich das in Figur 2D gezeigte elektrische

Ersatzschaltbild. Die beiden Schraubenfedern stellen jeweils eine Induktivität LI, L2 dar, die jedoch gegensinnig ausgerichtet sind. Die jeweilige Schraubenfeder 14, 15 weist mit zunehmender Taktfrequenz einen steigenden elektrischen Blindwiderstand auf: Ci_ = 2p f L. Dadurch wird die Ableitung elektromagnetischer Impulse mit steigender Taktfrequenz verringert und es werden vermehrt

Störsignale über die Metallbauteile ungewollt abgegeben. Dadurch, dass zwei Schraubenfedern 14, 15 vorhanden sind, deren Windungsabschnitte 17, 18 gegenläufig ausgebildet beziehungsweise gewickelt sind, wird der

Blindwiderstand reduziert, ohne dass hierzu zusätzliche elektronische

Bauelemente notwendig wären, weil die induzierten Ströme gegensinnig fließen. Ein Stromimpuls induziert in den Windungen jeweils eine Spannung, die in der vorteilhaften Ausbildung der Einrichtung 13 entgegengerichtet ist, sodass die resultierende Spannung geringer ist als die Einzelspannung, und der

resultierende Scheinwiderstand somit auch. Im theoretischen idealen Fall gleicher Spulen heben sich die Induktionsspannungen der Induktivitäten L1 und L2 gegenseitig auf. Optional sind mehr als zwei Schraubenfedern 14, 15 koaxial zueinander angeordnet, um die Anzahl der gegensinnigen Induktivitäten zu erhöhen und dadurch die Leistung der Einrichtung 13 zu verbessern. Als

Nebeneffekt für die automatisierte Fertigung ergibt sich eine geringe bis fehlende Neigung zur Federverwirrung beziehungsweise Federverhakung der Einrichtung

13. Die koaxiale Anordnung der Schraubenfedern 14, 15 bedingt

unterschiedliche Windungsdurchmesser, wodurch sich unterschiedliche, von einem Magnetfeld durchdrungene Räume ergeben, sodass die Spulen unterschiedliche Induktivitäten aufweisen. Es verbleibt daher ein resultierender Scheinwiderstand, der jedoch geringer als der einer einzelnen Schraubenfeder

14, 15 ist.

Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel, wie es in Figur 3A und 3B gezeigt ist, sind die gegenläufigen Windungsabschnitte 17, 18 in einer einzigen Schraubenfeder 19 realisiert. Die Windungsabschnitte 17, 18 sind dabei axial hintereinander in der Schraubenfeder 19 ausgebildet. Dadurch ergibt sich das in Figur 3B gezeigte Ersatzschaltbild, bei welchem die Induktivitäten L1 und L2 in Reihe geschaltet sind.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird aufgrund der bevorzugt gleichen Windungsradien oder -durchmessern gewährleistet, dass die Induktivitäten L1 und L2 gleich sind. Eine vollständige Kompensation ist jedoch aufgrund der Reihenschaltung nicht möglich.

Vorzugsweise ist zumindest ein Federende des Federelements 8 dazu ausgebildet, dass es durch einen SMD-Lötvorgang auf der Leiterplatte 5 festlegbar ist. Gemäß einem weiteren, hier nicht dargestellten

Ausführungsbeispiel, wird der Windungssinn der Windungen beziehungsweise Windungsabschnitte vorteilhafterweise mehr als nur zwei Mal gewechselt, sodass die Schraubenfeder 19 beispielsweise drei Windungsabschnitte aufweist, die hintereinanderliegend unterschiedliche Windungsrichtungen aufweisen.

Claims

Ansprüche

1. Einrichtung (13) zur Verbesserung der elektromagnetischen

Verträglichkeit von elektrischen/elektronischen Geräten, mit einem elektrisch leitfähigen Federelement (8), das zwischen einem ersten

elektrischen/elektronischen Gerät, insbesondere Steuergerät (2), und einem zweiten Gerät, insbesondere Bremsanlage (3) oder Aktuator (4), vorgespannt anordenbar ist, um eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Geräten herzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (8) zumindest eine Schraubenfeder (14,15;19) mit zumindest zwei gegenläufigen

Windungsabschnitten (17,18) aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungsabschnitte (17,18) koaxial zueinander in zwei Schraubenfedern ausgebildet sind.

3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfedern (14,15) einstückig miteinander ausgebildet sind.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfedern (14,15) separat ausgebildet und elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfedern (14,15) an zumindest einem Federdrahtende insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungsabschnitte (17,18) axial hintereinander in einer Schraubenfeder (19) ausgebildet sind.

7. Elektrisches/elektronisches Gerät, insbesondere Steuergerät (2), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer mehrere elektrische/elektronische Komponenten und Leiterbahnen aufweisenden Leiterplatte (5), und mit zumindest einer Einrichtung (13) zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit, die ein elektrisch leitfähiges Federelement (8), das zwischen der Leiterplatte (5) des Steuergeräts (2) und einem weiteren Gerät (3) vorgespannt anordenbar ist, um eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Geräten (2,3) herzustellen, gekennzeichnet durch die Ausbildung der Einrichtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Anordnung (1) mit einem ersten elektrischen/elektronischen Gerät, insbesondere Steuergerät (2), und einem zweiten Gerät (3), insbesondere Bremsanlage (3), Aktuator, Elektromotor, Elektropumpe, Getriebe,

Hydraulikblock oder dergleichen, und mit zumindest einer Einrichtung (13) zum Verbessern der elektromagnetischen Verträglichkeit zumindest des ersten Geräts, die ein elektrisch leitfähiges Federelement (8), das zwischen dem ersten Gerät und dem zweiten Gerät vorgespannt gehalten ist, aufweist,

gekennzeichnet durch die Ausbildung der Einrichtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Geräte eine mehrere elektrische/elektronische Komponenten und Leiterbahnen aufweisende Leiterplatte (5) aufweist, wobei die Schraubenfeder (14,15,19) axial einendig auf einem elektrischen Anschlusskontakt (7) der Leiterplatte (5) und anderendig auf einem elektrisch leitfähigen Kontaktelement des zweiten Geräts aufliegt.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Kontaktelement des zweiten Geräts ein elektrisch leitfähiges Gehäuse (9) oder Gehäuseteil des zweiten Geräts ist.