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Die Erfindung betrifft eine Elektronikanordnung, insbesondere eines Steuermoduls für ein Kraftfahrzeug, mit einem Leistungsteil und einem Logikteil, die in einem Gehäuse angeordnet und durch eine Kontaktverbindung elektrisch miteinander verbunden sind.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Steuermodul, insbesondere ABS- und/oder ESP-Modul eines Kraftfahrzeugs, mit einer ein Leistungsteil und ein Logikteil umfassenden Elektronikanordnung.
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Stand der Technik
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Elektronikanordnungen sowie Steuermodule der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Herkömmliche Steuermodule sind häufig mit einer magnetischen Schnittstelle, beispielsweise zwischen Ventilen und Spulen eines Aktors, versehen. Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 033 175 A1 geht eine Elektronikanordnung hervor, die ein Leistungsteil und ein Logikteil umfasst, welche zumindest teilweise in einem gemeinsamen Modulgehäuse eingebettet sind. Das Leistungsteil und das Logikteil sind dabei übereinander angeordnet und durch eine Kontaktverbindung, die aus Bondverbindungen besteht, elektrisch miteinander verbunden. Insbesondere das Einbinden in das gemeinsame Mold-Gehäuse verhindert ein nachträgliches Trennen von Bestandteilen der Elektronikanordnung, beispielsweise zu Wartungszwecken. Üblicherweise werden derartige Elektronikanordnungen in die gewünschte Applikation montiert oder gleich integriert mit einem Steuermodul ausgebildet.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Elektronikanordnung hat den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise ein Anpassen der Elektronikanordnung an unterschiedliche Anforderungen beziehungsweise Applikationen auf einfache Art und Weise erfolgen und gleichzeitig eine hohe Lebensdauer gewährleistet werden kann. Die erfindungsgemäße Elektronikanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kontaktverbindung als wiederverwendbare Kontaktverbindung und das Leistungsteil und/oder das Logikteil als Wechselteil ausgebildet sind. Unter einer wiederverwendbaren Kontaktverbindung ist hierbei eine Kontaktverbindung zu verstehen, deren Bestandteile bei einer Trennung nicht zerstört, sondern ohne ein Bearbeiten oder Instandsetzen der Bestandteile wiederverwendet werden können, im Gegensatz zu beispielsweise Bond-Verbindungen, die durch ein Trennen der Verbindung zerstört und anschließend neu hergestellt werden müssen. Hierdurch ist es möglich, auf einfache Art und Weise das Leistungsteil und das Logikteil voneinander zu trennen und bei Bedarf auszutauschen oder durch ein an die Applikation angepasstes Teil zu ersetzen, ohne dass dabei die Kontaktverbindung zerstört wird und anschließend neu hergestellt werden muss. Durch die Ausbildung des Leistungsteils oder des Logikteils als Wechselteil wird insgesamt ein modulartiger Aufbau geboten, der ein einfaches Anpassen an unterschiedliche Applikationen ermöglicht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Logikteil als Wechselteil und das Leistungsteil als fester Bestandteil des Steuermoduls, insbesondere als integrierter Bestandteil eines ABS- und/oder ESP-Moduls ausgebildet ist. Das bedeutet, dass das Leistungsteil in eine Einrichtung integriert ist, welche für die ABS- und/oder ESP-Regelung notwendige Ventile und/oder Spulen beziehungsweise Aktoren aufweist. Erfindungsgemäß ist somit eine Trennebene in der Elektronik vorgesehen.
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Vorzugsweise ist die wiederverwendbare Kontaktverbindung als Steckverbindung ausgebildet. Das Leistungsteil und das Logikteil können somit durch Zusammenstecken miteinander verbunden werden, sodass sich auch die Montage und Demontage der Elektronikanordnung einfach gestaltet. Solange die Steckverbindung normiert ist, beziehungsweise die von dem Leistungsteil und dem Logikteil vorgesehenen Steckkontakte stets miteinander korrespondieren, ist es möglich, eine Vielzahl unterschiedlicher Logikteile und Leistungsteile miteinander zu kombinieren. Die Steckverbindung kann durch eine Verschraubung ergänzt werden, welche ein selbsttätiges Lösen der Steckverbindung verhindert.
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Bevorzugt umfasst das Leistungsteil ein Leistungssubstrat, das wenigstens ein Leistungselement trägt. Besonders bevorzugt ist das Leistungssubstrat als Leiterplatte oder keramisches Substrat, vorzugsweise als PCB-Leiterplatte (printed circuit board/gedruckte Leiterplatte) ausgebildet und trägt außerdem wenigstens einen Steckkontakt der Steckverbindung. Als Leistungselement ist insbesondere mindestens ein Halbleiterelement vorgesehen. Vorzugsweise ist das Leistungsteil beziehungsweise die Elektronikanordnung derart ausgebildet, dass dem Leistungssubstrat eine Wärmesenke zuordenbar oder zugeordnet ist, die die von dem Leistungsteil erzeugte Wärme schnell und effizient abführt.
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Vorzugsweise umfasst das Logikteil ein Logiksubstrat, das wenigstens ein Logikelement trägt. Das Logiksubstrat ist vorzugsweise ebenfalls als Leiterplatte oder keramisches Substrat ausgebildet, insbesondere als PCB-Leiterplatte, und trägt neben dem mindestens eine Logikelement mindestens einen Steckkontakt der Steckverbindung. Die Elektronikanordnung kann beispielsweise bei der Verwendung für ein Steuergerät derart ausgebildet sein, dass das Leistungsteil mit der Leistungselektronik einen Elektromotor oder, wie oben beschrieben, Ventile entsprechend der Vorgabe der von dem Logikteil erfolgenden Ansteuerung steuert und/oder regelt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse einen wiederverschließbaren Deckel aufweist, der im Bereich des Wechselteils angeordnet ist oder das Wechselteil aufweist. Vorzugsweise ist das Gehäuse insgesamt, und damit auch der Deckel, aus Kunststoff gefertigt, wodurch durch einfache konstruktive Maßnahmen eine dichte Verbindung zwischen dem Deckel und dem übrigen Gehäuse im geschlossenen Zustand gewährleistet wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Wechselteil den Deckel aufweist beziehungsweise mit diesem fest verbunden ist. Durch Einsetzen des Wechselteils in die Elektronikanordnung wird somit gleichzeitig der Deckel an dem Gehäuse angeordnet. Der Deckel ist vorzugsweise derart gestaltet, dass keine Berührfehler an elektronischen Kontakten und/oder Bauelementen der Elektronikanordnung auftreten können.
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Vorzugsweise ist bei entferntem Deckel und Wechselteil ein an dem Leistungssubstrat vorgesehener Steckkontakt der Steckverbindung frei zugänglich. Besonders bevorzugt ist lediglich der Steckkontakt des Leistungsteils frei zugänglich, während die übrigen Bauelemente beispielsweise auf der Rückseite des Leistungssubstrats angeordnet oder durch einen Gehäuseabschnitt verdeckt beziehungsweise geschützt sind. Im Wechselfall wird somit eine Verunreinigung von Bauelementen des Leistungsteils verhindert.
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Vorzugsweise weist das Wechselteil, insbesondere das Logikteil, eine einen Steckkontakt der Steckverbindung aussparende Einhausung auf. Besonders bevorzugt ist die Einhausung als Mold-Gehäuse ausgebildet. Unter einem Mold-Gehäuse ist dabei eine Verkapselung, insbesondere mittels Transfer-Molding-Verfahren, zu verstehen, das heißt, das Wechselteil wird in einen Werkstoff eingeschlossen, vorzugsweise mit einem Werkstoff, insbesondere Kunststoff, umspritzt, der aushärtet und einen sicheren Schutz bietet. Durch das Aussparen des Steckkontakts beziehungsweise der Steckverbindung bleibt die Schnittstelle zum Kontaktieren und Nutzen des Logikteils frei zugänglich. Vorzugsweise ist auch das Gehäuse der Elektronikanordnung als Mold-Gehäuse ausgebildet. Dabei können auch Elemente beziehungsweise Anordnungen, wie die oben beschriebenen Ventile und/oder Spulen von dem Gehäuse mit umhaust sein.
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Besonders bevorzugt ist die Elektronikanordnung derart ausgebildet, dass das Wechselteil die Bauelemente der Elektronikanordnung trägt, die eine vergleichsweise hohe Ausfallquote aufweisen, also schadensanfälliger sind. Hierdurch ist es in einem Schadensfall durch Austausch des Wechselteils möglich, gegebenenfalls aufgetretene Fehler einfach und sicher zu beheben. Bei einem derartigen Bauelement kann es sich insbesondere um einen Drucksensor handeln. Vorzugsweise umfasst ein von dem Wechselteil getragenes Bauelement, insbesondere ein von dem Logikteil getragenes Bauelement, eine Recheneinheit mit einer ausführbaren Software zum Steuern und/oder Regeln des Leistungsteils beziehungsweise des Steuermoduls.
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Besonders bevorzugt ist die Elektronikanordnung als Steuergerät, insbesondere für ein ABS- und/oder ESP-Regelsystem eines Kraftfahrzeugs ausgebildet.
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Das erfindungsgemäße Steuermodul zeichnet sich durch ein Steuergerät oder eine Elektronikanordnung aus, wie sie oben stehend beschrieben wurden. Das Steuermodul umfasst vorzugsweise weiterhin Steuerelemente, wie zum Beispiel mindestens einen elektrischen, hydraulischen und/oder mechanischen Aktor zum Ansteuern bestimmter Funktionen des Kraftfahrzeugs. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Steuermodul um ein ABS- und/oder ESP-Modul des Kraftfahrzeugs.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
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Dazu zeigen
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1 ein Steuermodul mit einer Elektronikanordnung in einer schematischen Darstellung und
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2 das Steuermodul in einer perspektivischen Darstellung.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Steuermodul 1, das als ABS- und/oder ESP-Modul (ABS = Antiblockiersystem/ESP = elektronisches Stabilitätsprogramm) ausgebildet ist. Das Steuermodul 1 umfasst eine Aktoreinheit 2, die vorliegend als Hydraulikblock beziehungsweise Hydraulikeinheit ausgebildet ist und mehrere Ventile zum Steuern und/oder Regeln von Hydraulikdrücken aufweist. Ferner weist das Steuermodul 1 eine Elektronikanordnung 3 auf, die an der Aktoreinheit 2 derart angeordnet ist, dass die Aktoreinheit 2 und die Elektronikanordnung 3 eine handhabbare Einheit bilden. Die Elektronikanordnung 3 umfasst ein Leistungsteil 4 sowie ein Logikteil 5. Das Leistungsteil 4 ist mit dem Hydraulikblock beziehungsweise mit der Aktoreinheit 2 elektrisch wirkverbunden, um die elektrisch und/oder magnetisch betätigbaren Aktoren der Aktoreinheit 2 anzusteuern. Das Logikteil 5 ist über eine wiederverwendbare Kontaktverbindung 6 mit dem Leistungsteil 4 verbunden, um dessen Funktion zu steuern und/oder zu regeln. Die Elektronikanordnung 3 ist somit als Steuergerät ausgebildet.
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Das Leistungsteil 4 umfasst ein Leistungssubstrat 7, das als Leiterplatte, bevorzugt als PCB-Leiterplatte ausgebildet ist. Auf einer Seite des Leistungssubstrats 7 sind mehrere Leistungsbauelemente 8 angeordnet, von denen zumindest einige als Leistungshalbleiter ausgebildet sind. Die Leistungsbauelemente 8 sind auf eine dem Fachmann bekannte Art und Weise an dem Leistungssubstrat 7 befestigt und elektrisch mit den dort vorgesehenen elektrischen Leiterbahnen verbunden. Weiterhin ist an dem Leistungssubstrat 7 ein Hauptsteckkontakt 9 vorgesehen, der zum Kontaktieren der übrigen Bordelektronik eines das Steuermodul 1 aufweisenden Kraftfahrzeugs dient. Beispielsweise ist der Steckkontakt derart ausgebildet, dass das Steuermodul 1 über den Steckkontakt 9 mit einem Motorsteuergerät des Kraftfahrzeugs verbindbar ist.
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Der Logikteil 5 umfasst ein Logiksubstrat 10, auf welchem wenigstens ein Logikbauelement (hier nicht dargestellt) angeordnet ist. Zweckmäßigerweise ist wenigstens eines der Logikbauelemente zum Ausführen einer gespeicherten Software ausgebildet, welche das Steuermodul 1 beziehungsweise das Leistungsteil 4 steuert und/oder regelt. Vorzugsweise ist ein anderes Logikbauelement als Drucksensor des Steuermoduls 1 ausgebildet. Das Logikteil 5 ist als Wechselteil 11 ausgebildet und mittels der wiederverwendbaren Kontaktverbindung 6 mit dem Leistungsteil 4 verbindbar oder von diesem lösbar. Die Kontaktverbindung 6 ist dazu in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Steckverbindung 12 ausgebildet, die wenigstens einen an dem Leistungssubstrat 7 angeordneten Steckkontakt sowie mindestens einen an dem Logiksubstrat 10 angeordneten Steckkontakt umfasst, wobei die Steckkontakte des Leistungssubstrats 7 und des Logiksubstrats 10 zusammensteckbar sind. Wie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt, sind die Steckkontakte des Leistungsteils 4 auf der den Leistungsbauelementen 8 gegenüberliegenden Seite des Leistungssubstrats 7 angeordnet.
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Die Elektronikanordnung 3 weist weiterhin ein Gehäuse 13 auf, welches das Leistungsteil 4 und das Logikteil 5 umgibt. Gegebenenfalls umgibt das Gehäuse 13 weiterhin auch die Aktoreinheit 2 oder ist an der Aktoreinheit 2 befestigt beziehungsweise mit dieser verbunden. Das Gehäuse 13 ist vorliegend mehrteilig ausgebildet, wobei es einen ersten Gehäuseteil 14 aufweist, welches das Leistungsteil 4 im Wesentlichen umgibt, ein zweites Gehäuseteil 15, das im Wesentlichen das Logikteil 5 umgibt, sowie einen dritten Gehäuseteil 16, der als Deckel 17 ausgebildet ist und eine Öffnung 18 des Gehäuseteils 15 verschließt.
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Das Gehäuseteil 14 nimmt das Leistungsteil 4 derart auf, dass zumindest im Wesentlichen nur die Seite des Leistungssubstrats 7 zugänglich ist, auf welcher die Steckkontakte für die Steckverbindung 12 angeordnet sind. Dadurch sind die Leistungsbauelemente 8 vor äußeren Einflüssen geschützt, insbesondere auch dann, wenn der Deckel 17 von dem übrigen Gehäuse 13 entfernt wurde. Das Gehäuseteil 15 überdeckt im Wesentlichen die die Steckkontakte aufweisende Seite des Leistungssubstrats 7, wobei die Öffnung 18 des Gehäuseteils 15 im Bereich der Steckverbindung beziehungsweise des Logikteils 5 beziehungsweise des Wechselteils 11 derart angeordnet und ausgebildet ist, dass das Logikteil 5 durch die Öffnung 18 entnehmbar oder einsetzbar ist. Der Deckel 17 ist lösbar beziehungsweise wiederverschließbar mit dem Gehäuseteil 15 verbunden, sodass er im Bedarfsfall geöffnet und anschließend wieder dicht verschlossen werden kann. Die Gehäuseteile 14 und 15 können gegebenenfalls auch einstückig miteinander ausgebildet sein.
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Das Logikteil 5 weist weiterhin eine Einhausung 19 auf, die derart ausgebildet ist, dass lediglich die Steckkontakte des Logikteils 5 ausgespart sind. Hierdurch sind die übrigen auf dem Logiksubstrat 10 angeordneten Logikbauelemente vor äußeren Einflüssen sicher geschützt. Zweckmäßigerweise ist das Gehäuse 13 insgesamt aus Kunststoff gefertigt, wodurch ein einfaches Abdichten der Verbindungsstellen möglich ist. Korrosionsprobleme werden hierdurch vermieden.
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Durch die Ausbildung der Elektronikanordnung 3 mit dem als Wechselteil 11 ausgebildeten Logikteil 5 ist es möglich, die Elektronikanordnung 3 an unterschiedliche Anforderungen und/oder Rahmenbedingungen durch Vorsehen eines entsprechenden Wechselteils 11 anzupassen. Die Elektronikanordnung 3 weist somit eine Trennstelle in der Elektronikebene auf, wodurch sich im Vergleich zu herkömmlichen Steuermodulen, bei denen eine Trennstelle lediglich zwischen der Leistungselektronik und der Aktoreinheit insbesondere in Form einer Magnetschnittstelle vorgesehen ist, erhebliche Ratiopotenziale ergeben, die zu einer deutlichen Kostenreduzierung führen können. Darüber hinaus ergibt sich durch den Wegfall der vorgehaltenen Trennung eine Bauraumreduzierung. Logikbauelemente, die bisher getauscht werden mussten, um das Logikteil 5 an bestimmte Rahmenbedingungen anzupassen, können nunmehr fest auf dem Logiksubstrat 10 angeordnet beziehungsweise integriert sein, ohne dass eine trennbare beziehungsweise wiederverwendbare. Kontaktstelle vorgesehen werden muss. Durch die Einhausung des Wechselteils 11 und der Ausbildung des Gehäuses 13 wird eine sehr robuste Trennebene geschaffen, die auch in unsauberer Werkstattatmosphäre bestehen kann, da lediglich die Steckkontakte der Steckverbindung 12 frei zugänglich sind. Zudem kann das Gehäuse 13 und insbesondere der Deckel 17 kunststofftechnisch derart gestaltet werden, dass keine Berührfehler beispielsweise an Kontakten des Drucksensors oder an anderen Bauelementen auftreten können. Zur eindeutigen Kennzeichnung des Wechselteils 11 ist dieses vorzugsweise mit einer entsprechenden Beschriftung versehen.
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Vorzugsweise sind die Bauelemente der Elektronikanordnung 3 auf dem Wechselteil 11 angeordnet, die häufiger von Ausfällen betroffen sind. Hierdurch kann auch bei Ausfall eines der Bauteile eine einfache und kostengünstige Reparatur beziehungsweise ein entsprechender Austausch des Logikteils 5 gewährleistet werden.
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Eine gezielte Entwärmung der Elektronikanordnung 3 wird bevorzugt mittels einer dem Leistungsteil 4 zugeordneten Wärmesenke, beispielsweise in Form eines Kühl-, insbesondere Aluminiumblocks, realisiert, wobei alternativ oder zusätzlich natürlich auch eine Entwärmung über das Wechselteil 11 beziehungsweise das Logikteil 5 möglich ist.
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2 zeigt das Steuermodul 1 in einer perspektivischen Darstellung, in welcher der Deckel 17 mitsamt dem Logikteil 5 von dem Leistungsteil 4 entfernt wurde. Das Logikteil 5 ist hier hierbei vorzugsweise integriert in den Deckel 17 ausgebildet, sodass es bei Entfernen des Deckels 17 automatisch von dem Leistungsteil 4 getrennt wird. Vorzugsweise weist der Deckel 17 auf seiner dem Gehäuseteil zugewandten Unterseite 20 eine umlaufende Dichtung 21 auf, die die Dichtheit des Steuermoduls 1 im montierten Zustand gewährleistet. Die Steckkontakte des Logikteils 5 der Steckverbindung 12 sind dabei als Stecker mit Berührungsschutz ausgebildet, sodass sich das Logikteil 5 besonders einfach und sicher handhaben lässt. Vorliegend wird der Deckel 17 mit dem Logikteil 5 mittels vier Schrauben an dem Gehäuseteil 15 befestigt. Jedoch sind natürlich auch andere Befestigungsarten möglich. Besonders bevorzugt bildet die Einhausung 19 – wie dargestellt – den das Logikteil 5 aufnehmenden Deckel 17.
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Gemäß einer alternativen, hier nicht dargestellten Ausführungsform, ist es darüber hinaus auch denkbar, alternativ oder zusätzlich das Leistungsteil 4 als Wechselteil auszubilden.
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Insgesamt wird somit eine Elektronikeinheit 3 beziehungsweise ein Steuermodul 1 geboten, die auf einfache und kostengünstige Art und Weise eine Anpassung an unterschiedliche Rahmenbedingungen ermöglichen und eine einfache Instandhaltung gewährleisten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006033175 A1 [0003]