DE102013201424A1 - Control device used for gear box circuit e.g. automatic transmission in motor car, has carrier element which is made of first material having first thermal expansion coefficient selected in specific range in two directions - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Steuergerät mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs sowie die Verwendung eines Steckerelements in einem Steuergerät.The invention relates to a control unit with the features of the independent device claim and the use of a plug element in a control unit.
Im Kraftfahrzeugbereich kommen in vielfältigen Anwendungen Steuergeräte zum Einsatz. Diese Steuergeräte weisen i.d.R. einen Elektronikraum mit einer darin angeordneten empfindlichen Elektronik auf. Sie sind am Ort ihrer Anbringung im Fahrzeug häufig widrigen Bedingungen ausgesetzt. Dazu gehören insbesondere Schwingungsbelastungen, starke Temperaturschwankungen sowie häufig auch eine Umgebung aus aggressiven Medien, z.B. Abgase, Bremsflüssigkeit, Kraftstoffe, sowie Getriebeöl.In the automotive sector, control devices are used in a wide variety of applications. These controllers have i.d.R. an electronics room with a sensitive electronics arranged therein. They are often exposed to adverse conditions at the point of their installation in the vehicle. These include, in particular, vibration loads, high temperature fluctuations, and often also an environment of aggressive media, e.g. Exhaust gases, brake fluid, fuels, and gear oil.
Vor all diesen Einflüssen, insbesondere vor einem Kontakt mit aggressiven Medien, muss die Elektronik im Steuergerät dauerhaft und zuverlässig geschützt werden, da sonst einzelne elektronische Komponenten oder die gesamte Elektronik zerstört werden kann. Zu diesem Zweck wird die Elektronik üblicherweise von einem Gehäuse umgeben, wobei die elektrische Stromversorgung und die Signalleitungen üblicherweise durch ein Steckerelement ins Innere des Gehäuses zur Elektronik geführt sind. Zur elektrischen Isolierung der in das Gehäuse geführten elektrischen Leitungen ist es oft notwendig, die elektrischen Leitungen im Steckerelement durch Kunststoffe zu umgeben, vorzugsweise indem das Steckerelement aus Kunststoff gefertigt ist.Before all these influences, especially before contact with aggressive media, the electronics in the control unit must be permanently and reliably protected, otherwise individual electronic components or the entire electronics can be destroyed. For this purpose, the electronics are usually surrounded by a housing, wherein the electrical power supply and the signal lines are usually guided by a plug element into the interior of the housing to the electronics. For electrical insulation of the guided into the housing electrical lines, it is often necessary to surround the electrical lines in the connector element by plastics, preferably by the plug element is made of plastic.
Dabei ergibt sich jedoch das Problem, dass die meist metallisch gefertigten elektrischen Leitungen und der sie umgebende Kunststoff stark voneinander verschiedene thermische Ausdehnungskoeffizienten (CTE) aufweisen. Infolgedessen kann sich der Kunststoff während der Abkühlphase des Spritzvorgangs von den metallischen elektrischen Leitungen lösen oder es kann während der thermischen Wechselbelastung über die Lebenszeit des Steuergeräts zu einer Delamination zwischen dem Kunststoff und der elektrischen Leitung kommen. Eine derartige Delamination zwischen Kunststoff und der elektrischen Leitung wiederum kann einen Kriechpfad für aggressive Medien aus der Umgebung des Steuergeräts in den Elektronikraum eröffnen, wodurch eine Beschädigung der Elektronik des Elektronikmoduls und damit Fehlfunktionen oder sogar der Ausfall des Steuergeräts möglich sind, bevor die gewünschte Lebensdauer des Steuergeräts erreicht ist.However, this results in the problem that the most metallic electrical cables and the plastic surrounding them have greatly different thermal expansion coefficients (CTE). As a result, the plastic may become loose from the metallic electrical leads during the cooling phase of the injection process, or delamination between the plastic and the electrical lead may occur during thermal cycling over the life of the controller. Such delamination between the plastic and the electrical line, in turn, can open a creepage path for aggressive media from the environment of the controller into the electronics compartment, thereby damaging the electronics of the electronic module and thus malfunctioning or even failure of the controller, before the desired life of the controller Control unit is reached.
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Gegenüber dem Stand der Technik weist das Steuergerät mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs die Vorteile auf, dass das Steckerteil dauerhaft und zuverlässig gegen das Eindringen von aggressiven Medien vom Außenraum des Steuergeräts in den Elektronikraum mediendicht abgedichtet ist und dass die Menge einer kostenintensiven Vergussmasse besonders gering gehalten werden kann. Vorteilhaft wird dabei die Ausbildung eines Kriechpfades zwischen der elektrischen Leitung und dem Steckerelement vermieden oder zumindest die Auftretenswahrscheinlichkeit für Kriechpfade zwischen der elektrischen Leitung und dem Steckerelement stark herabgesetzt.Compared to the prior art, the control device with the features of the independent device claim has the advantages that the plug part is permanently and reliably sealed media-tight against the ingress of aggressive media from the outside of the controller in the electronics compartment and that kept the amount of costly potting compound particularly low can be. Advantageously, the formation of a creeping path between the electrical line and the plug element is avoided, or at least greatly reduces the probability of occurrence of creepage paths between the electrical line and the plug element.
Erfindungsgemäß wird ein Steuergerät nach dem Oberbegriff des ersten unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 1 vorgeschlagen. Das Steuergerät umfasst dabei unter anderem ein Steckerelement mit einem Trägerelement aus einem ersten Material mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE1), wenigstens eine elektrische Leitung aus einem zweiten Material mit einem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE2) sowie eine an dem Trägerelement angeordnete Vergussmasse aus einem dritten Material mit einem dritten thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE3). Erfindungsgemäß sind das zweite Material und das dritte Material so ausgewählt, dass der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient (CTE2) und der dritte thermische Ausdehnungskoeffizient (CTE3) in einem Intervall zwischen 13 ppm/K und 30 ppm/K und insbesondere in einem Intervall zwischen 17 ppm/K und 24 ppm/K liegen und dass das erste Material so ausgewählt ist, das der erste thermische Ausdehnungskoeffizient (CTE1) zumindest in zwei Raumrichtungen n einem Intervall zwischen 13 ppm/K und 30 ppm/K und insbesondere in einem Intervall zwischen 17 ppm/K und 24 ppm/K liegt. Als „ppm“ ist hier „parts per million“ zu verstehen, also ein millionster Teil. 1 ppm/K entspricht also 1 × 10–6/K.According to the invention, a control device according to the preamble of the first independent device claim 1 is proposed. The control device comprises, inter alia, a plug element with a carrier element made of a first material having a first coefficient of thermal expansion (CTE1), at least one electrical line made of a second material with a second coefficient of thermal expansion (CTE2), and a potting compound of a third arranged on the carrier element Material with a third thermal expansion coefficient (CTE3). According to the invention, the second material and the third material are selected so that the second coefficient of thermal expansion (CTE2) and the third coefficient of thermal expansion (CTE3) in an interval between 13 ppm / K and 30 ppm / K and in particular in an interval between 17 ppm / K and 24 ppm / K and that the first material is selected such that the first thermal expansion coefficient (CTE1) at least in two spatial directions n an interval between 13 ppm / K and 30 ppm / K and in particular in an interval between 17 ppm / K and 24 ppm / K is. As "ppm" is here to understand "parts per million", so a millionth part. 1 ppm / K corresponds to 1 × 10 -6 / K.
Gegenüber dem Stand der Technik weist die Verwendung eines Steckerelements in einem Steuergerät gemäß dem unabhängigen Verwendungsanspruch den Vorteil auf, dass das Steckerelement dauerhaft und zuverlässig mediendicht an der Verbindungsstelle zwischen der wenigstens einen elektrischen Leitung und dem Trägerelement ausgebildet ist. Darüber hinaus wird vorteilhaft bewirkt, dass die Ausbildung des Steckerelements zu einem geometrischen Durchmesser führt, welcher die Verwendung von handelsüblichen Standard-O-Ringen erlaubt und derart eine mediendichte Anordnung des Steckerelements im Gehäuse des Steuergeräts ermöglicht. Vorteilhaft ist dabei weiterhin, dass ein derartiges Steckerelement als standardisiertes Bauteil vorzugsweise für verschiedene Applikationen in großen Stückzahlen hergestellt werden kann und damit sehr kostengünstig fertig bar ist.Compared to the prior art, the use of a plug element in a control device according to the independent use claim has the advantage that the plug element permanently and reliably media-tight at the junction between the at least one electrical line and the carrier element is formed. In addition, it is advantageously effected that the formation of the plug element leads to a geometric diameter which allows the use of commercially available standard O-rings and thus enables a media-tight arrangement of the plug element in the housing of the control unit. A further advantage is that such a connector element can be prepared as a standardized component, preferably for various applications in large quantities and thus very cost-finished bar.
Vorteilhafte Ausbildungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen ermöglicht.Advantageous embodiments and further developments of the invention are made possible by the measures specified in the dependent claims.
Dadurch, dass im Temperaturbereich von –40° C bis 90° C das zweite Material und das dritte Material so ausgewählt sind, dass der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient (CTE2) und der dritte thermische Ausdehnungskoeffizient ((CTE3) in einem Intervall zwischen 13 ppm/K und 30 ppm/K und insbesondere in einem Intervall zwischen 17 ppm/K und 24 ppm/K liegen und dass der Temperaturbereich von –40° C bis 90° C des ersten Materials so ausgewählt ist, dass der erste thermische Ausdehnungskoeffizient (CTE1) zumindest in zwei Raumrichtungen in einem Intervall zwischen 13 ppm/K und 30 ppm/K und insbesondere in einem Intervall zwischen 17 ppm/K und 24 ppm/K liegt, wird vorteilhaft bewirkt, dass über einen großen Temperaturbereich eine mediendichte Abdichtung zwischen dem Trägerelement und der elektrischen Leitung, zwischen dem Trägerelement und der Vergussmasse sowie zwischen der Vergussmasse und der elektrischen Leitung dauerhaft sichergestellt ist.Characterized in that in the temperature range of -40 ° C to 90 ° C, the second material and the third material are selected such that the second coefficient of thermal expansion (CTE2) and the third thermal expansion coefficient ((CTE3) in an interval between 13 ppm / K and 30 ppm / K, and in particular at an interval between 17 ppm / K and 24 ppm / K, and that the temperature range of -40 ° C to 90 ° C of the first material is selected so that the first thermal expansion coefficient (CTE1) at least is in two spatial directions in an interval between 13 ppm / K and 30 ppm / K and in particular in an interval between 17 ppm / K and 24 ppm / K is advantageously causes over a wide temperature range, a media-tight seal between the support member and the electrical line, between the carrier element and the potting compound and between the potting compound and the electrical line is permanently ensured.
Dadurch, dass die Vergussmasse auf der dem Elektronikraum zugewandten ersten Seite oder auf die dem Außenraum zugewandte zweite Seite des Trägerelements aufgebracht ist, wird vorteilhaft bewirkt, dass die Anordnung der Vergussmasse optimal auf die Anwendungsumgebung des Steuergeräts angepasst werden kann. So kann bevorzugt bei starker chemischer und/oder mechanischer Belastung der zweiten Seite des Trägerelements die Vergussmasse auf der ersten Seite des Trägerelements aufgebracht werden. Infolgedessen wird vorteilhaft die Ausbildung von Kriechpfaden aus dem Außenraum des Steuergeräts in den Elektronikraum dauerhaft unterbunden oder es werden Kriechpfade zwischen Trägerelement und elektrischer Leitung sicher abgedichtet. Unter anderen Bedingungen kann das Aufbringen der Vergussmasse auf der zweiten Seite des Trägerelements eine kostengünstige und dauerhaft mediendichte Abdichtung gewährleisten.The fact that the potting compound is applied to the first side facing the electronics compartment or to the second side of the carrier element facing the outer space advantageously has the effect that the arrangement of the potting compound can be optimally adapted to the application environment of the control device. Thus, in the case of strong chemical and / or mechanical stress on the second side of the carrier element, the potting compound can preferably be applied to the first side of the carrier element. As a result, the formation of creepage paths from the exterior space of the control unit in the electronics compartment is advantageously permanently prevented or creeping paths between the carrier element and the electrical line are reliably sealed. Under other conditions, the application of the potting compound on the second side of the carrier element can ensure a cost-effective and permanently media-tight seal.
Dadurch, dass auf der ersten Seite des Trägerelements eine becherförmige Kavität ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine elektrische Leitung durch die becherförmige Kavität hindurchverläuft, wird vorteilhaft bewirkt, dass eine besonders einfache und kostengünstige Anordnung der Vergussmasse auf dem Trägerelement möglich wird. Die becherförmige Kavität verhindert dabei vorteilhaft ein Überlaufen oder das Kriechen der Vergussmasse aus dem eigentlichen Vergussbereich heraus. Weiterhin wird vorteilhaft durch die becherförmige Kavität sichergestellt, dass mit einer bevorzugt möglichst geringen Menge an Vergussmasse die wenigstens eine elektrische Leitung an einem Längsabschnitt der elektrischen Leitung vollumfänglich umschlossen wird. Dadurch wird vorteilhaft die Fertigungssicherheit erhöht und es werden die Fertigungskosten reduziert.Characterized in that on the first side of the support member, a cup-shaped cavity is formed, wherein the at least one electrical line passes through the cup-shaped cavity, is advantageously effected that a particularly simple and inexpensive arrangement of the potting compound on the support element is possible. The cup-shaped cavity advantageously prevents overflowing or creeping of the potting compound out of the actual potting area. Furthermore, it is advantageously ensured by the cup-shaped cavity that with a preferably smallest possible amount of potting compound, the at least one electrical line is fully enclosed at a longitudinal portion of the electrical line. As a result, the production reliability is advantageously increased and the manufacturing costs are reduced.
Dadurch, dass die becherförmige Kavität wenigstens teilweise mit Vergussmasse gefüllt ist, wird vorteilhaft bewirkt, dass ein eventuell auftretender Kriechpfad zwischen der wenigstens einen elektrischen Leitung und dem Trägerelement nicht zu einem Eindringen von Medien in den Elektronikraum führt, da die Vergussmasse, begrenzt durch die becherförmige Kavität, die wenigstens eine elektrische Leitung auf der ersten Seite des Trägerelements sicher hermetisch abdichtet.The fact that the cup-shaped cavity is at least partially filled with potting compound is advantageously effected that a possibly occurring creepage path between the at least one electrical line and the carrier element does not lead to an ingress of media into the electronics compartment, as the potting compound, limited by the cup-shaped Cavity that hermetically seals at least one electrical line securely on the first side of the support element.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Gehäuse eine Öffnung angeordnet ist und dass das Trägerelement an dem Gehäuse derart angeordnet ist, dass die wenigstens eine elektrische Leitung durch die Öffnung in den Elektronikraum hineinragt. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass das Steuergerät einfach und kostengünstig fertigbar. Denn in dieser Weiterbildung sind das Gehäuse des Steuergeräts und das Trägerelement separate Elemente, so dass die mediendichte Abdichtung der elektrischen Leitung im Steckerelement vor dem Zusammenbau des Gehäuses mit dem Steckerelement geprüft werden kann. Ist demnach die Mediendichtheit bei einem geprüften Steckerelement nicht gegeben, so ist lediglich dieses Steckerelement auf einer niedrigen Wertschöpfungsstufe Ausschuss und nicht das auf einer wesentlich höher stehenden Wertschöpfungsstufe stehende Steuergerät.In a development of the invention, it is provided that an opening is arranged in the housing and that the carrier element is arranged on the housing in such a way that the at least one electrical line projects through the opening into the electronics compartment. This has the advantageous effect that the control unit easily and inexpensively manufacturable. For in this development, the housing of the control unit and the support element are separate elements, so that the media-tight sealing of the electrical line in the plug element can be checked before assembling the housing with the plug element. Accordingly, if the media density is not met in the case of a tested connector element, then only this connector element at a low value-added stage is rejected and not the control unit standing on a much higher value-added stage.
Dadurch, dass zwischen dem Trägerelement und dem Gehäuse ein Dichtung derart angeordnet ist, dass der Elektronikraum gegen einen Außenraum des Gehäuses mediendicht abgedichtet ist, wird vorteilhaft bewirkt, dass das Elektronikmodul dauerhaft und sicher vor eindringenden Medien geschützt ist und dass das Trägerelement zu Wartungszwecken entnehmbar ist.Characterized in that between the support member and the housing, a seal is arranged such that the electronics compartment is sealed media-tight against an outer space of the housing, is advantageously effected that the electronic module is permanently and securely protected from penetrating media and that the support member for maintenance purposes is removable ,
Dadurch, dass das Steckerelement am Gehäuse durch eine kraftschlüssige Verbindung oder eine formschlüssige Verbindung oder eine stoffschlüssige Verbindung festgelegt ist, wird vorteilhaft bewirkt, dass der Zusammenbau von Steckerelement und Gehäuse besonders einfach gestaltet werden kann und dass die Verbindung zwischen Steckerelement und Gehäuse dauerhaft zuverlässig ist. Außerdem sind dadurch vorteilhaft Standard O-Ringe verwendbar, wodurch die Fertigungskosten gesenkt und die Fertigungssicherheit erhöht werden kann.Characterized in that the plug element on the housing by a non-positive connection or a positive connection or a cohesive connection is determined, is advantageously causes the assembly of plug element and housing can be made particularly simple and that the connection between the plug element and the housing is permanently reliable. In addition, it is advantageous standard O-rings used, whereby the manufacturing costs can be reduced and the manufacturing reliability can be increased.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Dichtung als eine umlaufende Dichtung mit größerem Durchmesser als der Durchmesser der Öffnung ausgebildet. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass eine besonders zuverlässige und sichere Abdichtung gegen Medien zwischen dem Steckerteil und dem Gehäuse bewirkt wird.In a further development of the invention, the seal is designed as a circumferential seal with a larger diameter than the diameter of the opening. This has the advantageous effect that a particularly reliable and secure seal against media between the plug part and the housing is effected.
Dadurch, das das Trägerelement aus einem thermoplastischen Kunststoff oder aus einem thermoplastischen Kunststoff mit einem Anteil von mehr als 25 Volumen-%, insbesondere mit einem Anteil von mehr als 35 Volumen-%, anorganischer Füllstoffe, insbesondere Glasfasern, besteht, wird vorteilhaft bewirkt, dass sich das Trägerelement auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise herstellen lässt. Darüber hinaus lässt sich dadurch besonders vorteilhaft der thermische Ausdehnungskoeffizient des Trägerelements in wenigstens zwei Raumrichtungen in Abhängigkeit vom Füllgrad mit anorganischen Füllstoffen einstellen. Dadurch wird besonders vorteilhaft eine Ausbildung eines Kriechspalts für Medien zwischen dem Trägerelement und der wenigstens einen elektrischen Leitung vermieden.By virtue of the fact that the carrier element consists of a thermoplastic material or of a thermoplastic material with a proportion of more than 25% by volume, in particular with a content of more than 35% by volume, of inorganic fillers, in particular glass fibers, it is advantageously effected the carrier element can be produced in a particularly simple and cost-effective manner. In addition, the thermal expansion coefficient of the carrier element in at least two spatial directions can thereby be set particularly advantageously as a function of the degree of filling with inorganic fillers. As a result, a formation of a creepage gap for media between the carrier element and the at least one electrical line is avoided in a particularly advantageous manner.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description.
Es zeigen:Show it:
In einem Außenraum
Das Steckerelement
Die becherförmige Kavität
Zur Erzielung einer dauerhaften Mediendichtheit ist es insbesondere wichtig, eine Delamination zwischen den elektrischen Leitungen
Die Vergussmasse
Bevorzugt wird die Vergussmasse
Das Gehäuse
Das Steckerelement
Für eine möglichst gute Mediendichtheit ist es notwendig, dass insbesondere an der Stelle der Durchführung der elektrischen Leitungen
So kann die becherförmige Kavität
Insbesondere bei Verwendung eines ersten Materials mit anisotropem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE1) spielen diese Abmessungsverhältnisse eine wichtige Rolle dafür, wie die x-y-Ebene des ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten (geringe thermische Ausdehnung) bezüglich der Durchführungs-Richtung der elektrischen Leitungen
Je nach geometrischer Ausgestaltung der Kavität
Unter anderen geometrischen Randbedingungen kann es wiederum erforderlich sein, das Trägerelement
In
In
Das Gehäuse
In
Derartige, zuvor in den Figuren beschriebene Steuergeräte sind beispielsweise geeignet zum Einsatz als Steuergeräte für Getriebeschaltungen, beispielsweise in Automatikgetrieben. Die zuvor beschriebenen Steckerelemente eignen sich zum Einsatz in derartigen Steuergeräten.Such, previously described in the figures controllers are for example suitable for use as control devices for transmission circuits, for example in automatic transmissions. The connector elements described above are suitable for use in such control devices.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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