DE102005006975A1

DE102005006975A1 - Mechatronische Baugruppe

Info

Publication number: DE102005006975A1
Application number: DE200510006975
Authority: DE
Inventors: Herbert Klinger; Gerhard Thomas; Norbert Hofmann; Martin Petrzik
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2025-02-17
Also published as: DE102005006975B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mechatronische Baugruppe mit einer ersten Komponente (10), die zumindest einen Sensor (12) und zumindest ein Magnetventil (14) umfasst, und mit einer elektrisch mit der ersten Komponente (10) verbundenen zweiten Komponente (16), die zumindest eine Elektronik (18) umfasst, wobei der zumindest eine Sensor (12) und das zumindest eine Magnetventil (14) durch eine flexible Leiterplatte (20) elektrisch mit der Elektronik (18) verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe für eine Stellereinheit, beispielsweise für Kupplungen und/oder Getriebe eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Komponente, die zumindest einen Sensor und zumindest ein Magnetventil umfasst, und mit einer elektrisch mit der ersten Komponente verbundenen zweiten Komponente, die zumindest eine Elektronik umfasst.

Stellereinheiten werden beispielsweise dazu eingesetzt, in einem Getriebe für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Nutzfahrzeuge, vom Bediener eingegebene Signale wie beispielsweise die Wähl- und Schaltrichtung über Stellelemente in eine Bewegung von Teilen des Getriebes umzusetzen. Dabei werden durch die Stellereinheit gesteuerte Getriebeteile in den Kraftfluss eingerückt oder aus diesem ausgerückt und dadurch die Übersetzung des Getriebes variiert. Für die Umsetzung und Überwachung der Bedienerinformation sind in der oben genannten Baugruppe zumindest ein Sensor und zumindest ein Magnetventil vorgesehen. Der oder die Sensoren werden beispielsweise benötigt, um bestimmte Betriebsparameter des Getriebes festzustellen. Das oder die Magnetventile werden beispielsweise bei der Ansteuerung von pneumatischen Elementen eingesetzt, mit denen im Getriebe vorhandene Stellelemente bewegt werden können. In der Regel ist in einer derartigen Baugruppe auch eine Elektronik vorgesehen, die beispielsweise zur elektrischen Ansteuerung der Magnetventile und/oder zur Aufnahme und Weiterverarbeitung von Sensorsignalen dient. Bei dieser mechanische und elektrische Bauteile umfassende Baugruppe (auch Mechatronik genannt) ist es weiterhin vorgesehen, zwischen den in einer Komponente der Baugruppe angeordneten Bauteilen Magnetventil und Sensor und der in der zweiten Komponente angeordneten Elektronik eine elektrische Verbindung herzustellen. Auf diese Weise können die aus den Sensoren gewonnenen Informationen beispielsweise in der Elektronik verarbeitet werden. Gleichzeitig kann die Elektronik entsprechende Steuersignale beispielsweise an die Magnetventile senden.

Die Herstellung der elektrischen Verbindung erfolgt üblicherweise über Verbindungskabel mit Steckverbindungen oder Lötstellen. Dies ermöglicht eine Kontaktierung der ersten und der zweiten Komponente vor dem Zusammenbau der Baugruppe und damit beispielsweise die Durchführung von Testprozeduren an der noch teilweise zerlegten Baugruppe. Bei der Auswahl der zu wählenden Länge der Verbindungskabel und der Verbindungsart muss dabei verschiedenen Randbedingungen Rechnung getragen werden. Für den elektrisch verbundenen, aber noch nicht vollständig montierten Zustand der Baugruppe ist eine möglichst große Länge der Kabel wünschenswert. Im montierten Zustand hingegen sollten die Verbindungskabel möglichst wenig Raum beanspruchen und dabei nicht in unerwünschter Weise mit den Komponenten der Baugruppe mechanisch oder elektrisch Wechselwirken. Insbesondere ist dabei ein definiertes Falt- oder Anordnungsverhalten der beiden elektrisch verbundenen Komponenten während relativer Bewegungen zueinander bei der Montage wünschenswert. Dies stellt bei einer größeren Anzahl von Verbindungskabeln ein nicht unerhebliches Problem dar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Baugruppe derart weiterzubilden, dass eine definierte und zuverlässige Anordnung für die elektrische Verbindung im zerlegten und im zusammengebauten Zustand der Baugruppe zur Verfügung gestellt wird.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass der zumindest eine Sensor und das zumindest eine Magnetventil durch eine flexible Leiterplatte elektrisch mit der Elektronik verbunden sind. Dies bietet eine Reihe von Vorteilen. Die flexible Leiterplatte ermöglicht eine ausreichende Beweglichkeit der Komponenten zueinander vor der Montage und ein definiertes Zusammenfalten beziehungsweise Anordnen der elektrischen Verbindung während und nach der Montage der Baugruppe. Weiterhin kann die Kontaktierung sowohl des Sensors/der Sensoren und/oder des Magnetventils/der Magnetventile sowie der Elektronik jeweils in einem Fertigungsschritt durchgeführt werden. Ein aufwändiges Herstellen von Steck- oder Lötverbindungen entfällt und ermöglicht so eine kostensparendere und effizientere Produktion. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass für die gesamte Baugruppe eine einheitliche Verdrahtungstechnologie eingesetzt werden kann, was wiederum Kostenvorteile bietet. Darüber hinaus wird durch den Einsatz einer flexiblen Leiterplatte sowohl für die Sensoren als auch für die Magnetventile innerhalb der Baugruppe die Zuverlässigkeit der Signalwege und damit auch der gesamten Baugruppe erhöht.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der zumindest eine Sensor und das zumindest eine Magnetventil durch eine einzige flexible Leiterplatte elektrisch mit der Elektronik verbunden sind. Die Integration der elektrischen Signale von Sensorik, Elektronik und Magnetventil(en) auf einer gemeinsamen flexiblen Leiterplatte ermöglicht eine optimierte Führung der Signalwege auf der Leiterplatte. Dabei kann es insbesondere vorteilhaft sein, die flexible Leiterplatte mehrlagig auszuführen, um beispielsweise eine höhere Signalwegdichte realisieren zu können.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dadurch, dass die erste Komponente und die zweite Komponente durch eine einzige flexible Leiterplatte elektrisch verbunden sind. Diese Lösung stellt sicher, dass auch gegebenenfalls weitere der ersten und der zweiten Komponente zugeordnete Bauelemente auf einfache Weise verbunden werden können.

Eine ebenfalls bevorzugte Ausführungsform ergibt sich dadurch, dass die flexible Leiterplatte zumindest einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel aufweist, wobei der erste Schenkel zumindest mit der ersten Komponente elektrisch verbunden ist und der zweite Schenkel zumindest mit der zweiten Komponente elektrisch verbunden ist. Dies stellt eine räumlich besonders günstige Anordnung der flexiblen Leiterplatte an der ersten und an der zweiten Komponente dar. Es können so beispielsweise der zumindest eine Sensor und das zumindest eine Magnetventil über den ersten Schenkel elektrisch angebunden werden, während die Elektronik über den zweiten Schenkel der zweiten Komponente elektrisch angebunden ist.

Es ist ebenfalls vorteilhaft vorgesehen, dass sich der erste Schenkel und der zweite Schenkel von einer gemeinsamen Basis der flexiblen Leiterplatte aus erstrecken. Dadurch kann zum einen der erste Schenkel gegenüber dem zweiten Schenkel mechanisch beweglich gehalten werden. Zum anderen können über die gemeinsame Basis gemeinsame elektrische Signalleitungen der ersten Komponente und der zweiten Komponente verlaufen.

Weiterhin kann im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein, dass die flexible Leiterplatte einen dritten Schenkel aufweist, der sich ebenfalls von der gemeinsamen Basis der flexiblen Leiterplatte aus erstreckt. Dies stellt eine geometrisch besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar. Es können so die innerhalb der Baugruppe auf der ersten oder der zweiten Komponente angeordneten Bauelemente räumlich vorteilhaft elektrisch miteinander verbunden werden, da gegebenenfalls ein Schenkel mehrere Bauelementegruppierungen anbinden kann. Gleichzeitig bleibt über die schenkelförmige und damit auch modulare Anordnung eine mechanisch Beweglichkeit zueinander erhalten.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Schenkel, der zweite Schenkel, der dritte Schenkel und die gemeinsame Basis der flexiblen Leiterplatte E-förmig angeordnet sind. Diese Anordnung realisiert mechanisch leicht gegeneinander bewegliche Schenkel und eine zur gemeinsamen elektrischen Verbindung geeignete gemeinsame Basis auf einfache Weise.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht dabei vor, dass die erste Komponente eine Mehrzahl von Magnetventilen und eine Mehrzahl von Sensoren aufweist, wobei zumindest die Mehrzahl von Magnetventilen in zumindest einer ersten Reihe und in einer zweiten Reihe angeordnet sind, und dass der erste Schenkel der ersten Reihe und der dritte Schenkel der zweiten Reihe zugeordnet ist. Die reihenförmige Anordnung der Magnetventile und gegebenenfalls der Sensoren entspricht der Aufteilung der flexiblen Leiterplatte in Schenkel. Insbesondere bei einer E-förmigen Anordnung der flexiblen Leiterplatte werden beispielsweise die Magnetventile über die beiden äußeren Schenkel kontaktiert. Gleichzeitig kann der dritte verfügbare mittlere Schenkel die Elektronik verbinden.

Eine ebenfalls bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht insbesondere vor, dass die erste Komponente dazu vorgesehen ist, in einem ersten Gehäuseteil, insbesondere einem Gehäuseunterteil, angeordnet zu werden, und dass die zweite Komponente dazu vorgesehen ist, in einem zweiten Gehäuseteil, insbesondere einem Gehäuseoberteil, angeordnet zu werden. Über die mechanisch flexible Leiterplatte kann die erste Komponente mit der zweiten Komponenten elektrisch verbunden werden, obwohl beide Gehäuseteile voneinander getrennt sind. Der Zusammenbau der Gehäuseteile kann dann nach der vollständigen elektrischen Kontaktierung durchgeführt werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer mechatronischen Baugruppe für Stellereinheiten die elektrische Verbindung von Magnetventilen und Sensoren mit einer Elektronik über eine einzige flexible Leiterplatte hergestellt wird. Dabei sind die Magnetventile und die Sensoren in einem Teil des Gehäuses angeordnet, während die Elektronik sich in einem anderen Teil des Gehäuses befindet. Besonders bevorzugt ist dabei eine E-förmige Geometrie der flexiblen Leiterplatte, die eine reihenweise Zuordnung der einzelnen Schenkel zu den Bauteilen ermöglicht. Insgesamt wird so eine kostengünstige und zuverlässige elektrische Ansteuerung der Magnetventile und der Sensoren ermöglicht, während gleichzeitig eine besonders vorteilhafte mechanische Flexibilität und ein definiertes Faltverhalten bei der Montage der Baugruppe erreicht wird.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitende Bezeichnung anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert.
Dabei zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe. Die erfindungsgemäße mechatronische Baugruppe umfasst in einem Gehäuseunterteil 38 eine erste Komponente 10 mit zwölf Magnetventilen 14. Diese sind in vier Reihen 30, 32, 34, 36 zu je drei Ventilen 14 angeordnet. Des Weiteren umfasst die erste Komponente 16 Sensoren 12. In der dargestellten Ausführungsform ist lediglich ein Sensor 12 zu sehen. Weitere sind durch einen äußeren Schenkel 22 der flexiblen Leiterplatte 20 verdeckt. Ein Gehäuseoberteil 40 umfasst eine zweite Komponente 16 mit einer Elektronik 18. Die erfindungsgemäße Baugruppe weist außerdem neben der ersten Komponente 10 und der zweiten Komponente 16 eine flexible Leiterplatte 20 auf. Diese gliedert sich in drei Schenkel 22, 24, 28 sowie eine Basis 26. Insgesamt ergibt sich dadurch im Wesentlichen eine E-förmige Gestaltung der flexiblen Leiterplatte 20. Die beiden äußeren Schenkel 22, 28 kontaktieren jeweils zwei Reihen 30, 34 und 32, 36 zu je drei Magnetventilen 14 der ersten Komponente 10. Der mittlere Schenkel 24 der flexiblen Leiterplatte 20 ist mit seinem basisfernen Ende an der Elektronik 18 befestigt und kontaktiert diese elektrisch. Die beiden äußeren Schenkel 22, 28 der flexiblen Leiterplatte 20 sind mit Magnetventilkontaktstellen 42 und Sensorkontaktstellen 44 versehen, über die ein elektrischer Kontakt mit den Magnetventilen 14 und den Sensoren 12 hergestellt wird. Im Fall des nicht verdeckten Sensors 12 erstreckt sich die flexible Leiterplatte 20 direkt bis zu dem Sensor 12, eine Sensorkontaktstelle entfällt hier.
Der Zusammenbau der mechatronischen Baugruppe gestaltet sich wie folgt: Im Gehäuseunterteil 38 beziehungsweise der ersten Komponente 10 werden die Magnetventile 14 und die Sensoren 12 angeordnet und befestigt. Weiterhin wird im Gehäuseoberteil 40 beziehungsweise der zweiten Komponente 16 die dafür vorgesehene Elektronik 18 befestigt. Die E-förmige flexible Leiterplatte 20 wird mit ihren beiden äußeren Schenkeln 22, 28 an den Magnetventilen 14 und an den Sensoren 12 befestigt und elektrisch kontaktiert. Dabei kontaktieren die Magnetventilkontaktstellen 42 die Magnetventile 14 und die Sensorkontaktstellen 44 die Sensoren 12. Das basisferne Ende des mittleren Schenkels 24 wird mit der Elektronik 18 im Gehäuseoberteil 40 kontaktiert und verbunden. Aufgrund der hohen mechanischen Flexibilität der elektrischen Leiterplatte 20 kann das Gehäuseoberteil 40 in einem beliebigen Winkel zum Gehäuseunterteil 38 und in einiger Entfernung von diesem zur Montage gehaltert beziehungsweise angeordnet werden. Bei der darauffolgenden Endmontage wird das Gehäuseoberteil 40, wie in 1 abgebildet, im Wesentlichen um 90 Grad geklappt und mit dem Gehäuseunterteil 38 verbunden. Dabei kann sich der mittlere Schenkel 24 wiederum aufgrund seiner hohen mechanischen Flexibilität in dem zwischen Gehäuseunterteil 38 und Gehäuseoberteil 40 befindlichen Zwischenraum oberhalb der Magnetventile 14 definiert anordnen.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Baugruppe besteht darin, jeweils zwei Reihen 30, 34, 32, 36 der zeilenförmig angeordneten Magnetventile 14 mit einem Schenkel 22, 28 der flexiblen Leiterplatte 20 abzudecken. Auf diese Weise kann der zwischen jeweils zwei Reihenpaaren liegende Zwischenraum für den dritten Schenkel 24, der die in einem Gehäuseoberteil 40 angeordnete Elektronik 18 kontaktiert, genützt werden. Die gemeinsame Basis 26 der flexiblen Leiterplatte 20 ermöglicht eine einfache gemeinsame elektrische Kontaktierung zwischen Magnetventilen 14, Sensoren 12 und Elektronik 18. Es ist außerdem ebenfalls vorgesehen, dass die E-fömige Anordnung der Schenkel 22, 24, 28 auch kammartig erweiterbar ist, das heißt, es können auch mehr als zwei für die Magnetventile 14 vorgesehene Schenkel 22, 28 sowie mehr als ein die Elektronik 18 kontaktierender Schenkel 24 vorgesehen sein.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

10: erste Komponente
12: Sensor
14: Magnetventil
16: zweite Komponente
18: Elektronik
20: flexible Leiterplatte
22: äußerer Schenkel
24: mittlerer Schenkel
26: Basis
28: äußerer Schenkel
30: erste Reihe
32: zweite Reihe
34: dritte Reihe
36: vierte Reihe
38: Gehäuseunterteil
40: Gehäuseoberteil
42: Magnetventilkontaktierung
44: Sensorkontaktierung

Claims

Mechatronische Baugruppe mit einer ersten Komponente (10), die zumindest einen Sensor (12) und zumindest ein Magnetventil (14) umfasst, und mit einer elektrisch mit der ersten Komponente (10) verbundenen zweiten Komponente (16), die zumindest eine Elektronik (18) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor (12) und das zumindest eine Magnetventil (14) durch eine flexible Leiterplatte (20) elektrisch mit der Elektronik (18) verbunden sind.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor (12) und das zumindest eine Magnetventil (14) durch eine einzige flexible Leiterplatte (20) elektrisch mit der Elektronik (18) verbunden sind.
Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (10) und die zweite Komponente (16) durch eine einzige flexible Leiterplatte (20) elektrisch verbunden sind.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Leiterplatte (20) zumindest einen erster Schenkel (22) und einen zweiten Schenkel (24) aufweist, wobei der erste Schenkel (22) zumindest mit der ersten Komponente (10) elektrisch verbunden ist und der zweite Schenkel (24) zumindest mit der zweiten Komponente (16) elektrisch verbunden ist.
Baugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Schenkel (22) und der zweite Schenkel (24) von einer gemeinsamen Basis (26) der flexiblen Leiterplatte (20) aus erstrecken.
Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Leiterplatte (20) einen dritten Schenkel (28) aufweist, der sich ebenfalls von der gemeinsamen Basis (26) der flexiblen Leiterplatte (20) aus erstreckt.
Baugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schenkel (22), der zweite Schenkel (24), der dritte Schenkel (28) und die gemeinsame Basis (26) der flexiblen Leiterplatte (20) E-förmig angeordnet sind.
Baugruppe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (10) eine Mehrzahl von Magnetventilen (14) und eine Mehrzahl von Sensoren (12) aufweist, wobei zumindest die Mehrzahl von Magnetventilen (14) in zumindest einer ersten Reihe (30) und in einer zweiten Reihe (32) angeordnet sind, und dass der erste Schenkel (22) der ersten Reihe (30) und der dritte Schenkel (28) der zweiten Reihe (32) zugeordnet ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (10) dazu vorgesehen ist, in einem ersten Gehäuseteil (38), insbesondere einem Gehäuseunterteil (38), angeordnet zu werden, und dass die zweite Komponente (16) dazu vorgesehen ist, in einem zweiten Gehäuseteil (40), insbesondere einem Gehäuseoberteil (40), angeordnet zu werden.