-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Dichtheit eines Innenraums
eines elektronischen Steuergeräts,
insbesondere für
ein Kraftfahrzeug, wobei der Innenraum zwischen einem Gehäuseboden
und einem mit diesem verbundenen Gehäusedeckel des Steuergeräts ausgebildet
ist. Die Erfindung betrifft ferner ein elektronisches Steuergerät, insbesondere
für ein
Kraftfahrzeug, bei dem ein Innenraum zwischen einem Gehäuseboden
und einem mit diesem verbundenen Gehäusedeckel des Steuergeräts ausgebildet
ist.
-
Um
die Dichtheit eines Gehäuses
eines elektronischen Gerätes
zu testen, ist in dem Gehäusedeckel
eine sog. Prüföffnung vorgesehen, über welche ein Über- oder
Unterdruck in dem Innenraum des elektrischen Geräts erzeugt werden kann. Nach
dem Bedrückungsvorgang
und einem sich daran anschließenden Überprüfungsvorgang
wird die Prüföffnung wieder
verschlossen. Das Vorsehen einer solchen Prüföffnung ist mit mehreren Nachteilen
verbunden: Zum einen ist zum Herstellen und/oder Verschließen der
Prüföffnung ein
separater Arbeitsschritt während der
Herstellung des elektrischen Geräts
vorzusehen. Zum anderen kann nach dem Wiederverschließen der
Prüföffnung nicht
geprüft
werden, ob die Prüföffnung selbst
dicht ist.
-
Ein
anderes, der Anmelderin bekanntes Verfahren sieht vor, das zu überprüfende elektrische
Gerät in
einer Druckkammer anzuordnen, in der Druckkammer einen Über- oder
Unterdruck zu erzeugen und zu überprüfen, ob
sich der Druck in der Druckkammer verändert. Eine Druckänderung
in der Druckkammer tritt auf, wenn das in die Druckkammer eingebrachte
Medium entweder aufgrund einer Undichtigkeit in den Innenraum des
elektrischen Gerätes
gelangen kann oder in dem Innenraum befindliche Luft sich in die
Druckkammer entleert. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass
lediglich kleine Druckänderungen
auftreten, welche messtechnisch nur mit großem Aufwand zu erfassen sind.
-
Aus
der
US 4,893,499 ist
ein Verfahren zur Überprüfung der
Dichtheit eines Innenraums eines elektronischen Geräts bekannt.
Der Innenraum ist zwischen einem keramischen Substrat und einem
mit diesem verbundenen Deckel des Geräts ausgebildet. Bei dem Verfahren
wird das zu überprüfende Gerät in einer
Kammer angeordnet, welche zu Prüfzwecken mit
einem Gas bei vorgegebenem Druck befüllt wird. Anschließend wird
das Maß einer
geometrischen Deformation des Gehäusedeckels ermittelt. Aus dem Maß der geometrischen
Deformation wird dann auf die Dichtheit des Geräts geschlossen.
-
Die
DE 10 2004 012 534
A1 beschreibt ein Verfahren zum Feststellen der Dichtigkeit
von geschlossenen Behältnissen,
bei dem die Behältnisse auf
ihrer Außenseite
mit Überdruck
beaufschlagt werden und dabei die Verformung des Behältnisses detektiert
wird.
-
In
der
AT 399 225 B wird
zur Dichtheitsprüfung
von Gegenständen
vorgeschlagen, eine Messeinrichtung zur Vermessung der Formänderung
des zu prüfenden
Gegenstandes vorzusehen. Hierzu wird der zu prüfende Gegenstand in einem dichten Behälter angeordnet,
in dem eine Heiz- und bzw. oder Kühleinrichtung angeordnet ist,
so dass der zu prüfende
Gegenstand zuerst einer Temperaturänderung und danach einer Druckänderung
unterworfen werden kann.
-
Aus
der
DE 199 24 369
A1 ist ein Verfahren zur Überprüfung der Dichtheit eines Sensors
bekannt. Diese weisen ein schwingfähiges Bauelement auf, dessen Übertragungsfunktion
in Abhängigkeit von
der Dämpfung
der Schwingungen der schwingfähigen
Bauelemente veränderbar
ist. Zur Dichtheitsüberprüfung erfolgt
eine Auswertung von Signalen, die Amplitudenausschlägen des
schwingfähigen
Bauelements oder Phasenveränderungen entsprechen. Dazu
wird das schwingfähige
Bauelement durch aufeinander folgendes Beaufschlagen mit unterschiedlichen
Frequenzen zum Schwingen angeregt, von denen eine der mechanischen
Resonanzfrequenz des schwingfähigen
Bauelements entspricht. Ein Indikator für das Vorliegen von Dichtheit
wird entweder durch eine Quotientenbildung von Amplitudenausschlägen des
schwingfähigen
Bauelements entsprechenden Signalwerten bei den unterschiedlichen Frequenzen
oder durch eine Ermittlung eines der Steigung der Phasenkurve entsprechenden
Signalwerts ermittelt.
-
Die
DE 196 51 384 A1 schlägt ein Verfahren vor,
bei dem die Dichtheit einer Verpackung, bestehend aus Bodenteil
und Deckel, bestimmt wird. Dazu ist in einem Hohlraum ein schwingfähiges Bauelement
in einem Gas vorgegebener Viskosität eingeschlossen. Beim Eindringen
eines Gases anderer Viskosität
von außerhalb
wird dann die Viskosität
im Hohlraum und somit auch die Schwingeigenschaften des schwingfähigen Elementes
beeinflusst. Die Dichtheit der Verpackung kann so überprüft werden.
-
Zur Überprüfung der
Dichtheit von kapazitiven Sensoren wird in der
DE 101 36 219 A1 vorgeschlagen,
einen bereits gesägten
Wafer mit Sensoren unter definierten Bedingungen in eine Prüfflüssigkeit
einzutauchen, anschließend
die Kapazität
jedes Sensors zu messen und mit der Kapazität von Referenzsensoren zu vergleichen.
-
Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Überprüfung der
Dichtheit eines Innenraums eines elektronischen Steuergeräts sowie
ein elektronisches Steuergerät
anzugeben, welche eine Leckageerkennung des Gehäuses des Steuergeräts auf einfachere
Weise erlauben.
-
Diese
Aufgaben werden durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen im Patentanspruch
1 sowie ein Steuergerät
gemäß den Merkmalen
im Patentanspruch 12 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestal tungen ergeben sich jeweils aus den abhängigen Patentansprüchen.
-
Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Überprüfung der
Dichtheit eines Innenraums eines elektronischen Steuergeräts, insbesondere
für ein Kraftfahrzeug,
wobei der Innenraum zwischen einen Gehäuseboden und einem mit diesem
verbundenen Gehäusedeckel
des Steuergeräts
ausgebildet ist, wird das Maß einer
geometrischen Deformation des Gehäusedeckels und/oder des Gehäusebodens
bei einer vorgegebenen Prüfbedingung
ermittelt und aus dem Maß der
geometrischen Deformation auf die Dichtheit geschlossen.
-
Ein
erfindungsgemäßes elektronisches Steuergerät, insbesondere
für ein
Kraftfahrzeug, bei dem ein Innenraum zwischen einem Gehäuseboden und
einem mit diesem verbundenen Gehäusedeckel des
Steuergeräts
ausgebildet ist, sind der Gehäuseboden
und/oder der Gehäusedeckel
derart ausgestaltet, dass diese unter einer vorgegebenen Prüfbedingung
eine ermittelbare geometrische Deformation annehmen, aus der auf
die Dichtheit des Innenraums geschlossen werden kann. Erfindungsgemäß wird des Überschreiten
eines vorgegebenen Maßes
der geometrischen Deformation des Gehäusedeckels und/oder des Gehäusebodens
durch das Steuergerät
detektiert.
-
Der
Erfindung liegt das Prinzip zu Grunde, zur Überprüfung eines hermetisch abgeschlossenen Gehäuses des
elektronischen Steuergeräts
z. B. durch Druckbeaufschlagung und/oder durch Temperatureinwirkung
eine geometrische Deformierung des Gehäuses hervorzurufen, wobei diese
Deformierung bei definierten Bedingungen als Messgröße für die Dichtheit
des Innenraums des Steuergeräts
verwendet werden kann. Ist der Innenraum gegenüber dem Prüfraum dicht, so entspricht
die Deformation des Gehäuses,
d. h. entweder des Gehäusebodens und/oder
des Gehäusedeckels,
einem Maß,
das mit dem aufgebrachten Druck oder der aufgebrachten Temperatur
korrespondiert.
-
In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
sind externe Messapparaturen zur Ermittlung der geometrischen Deformation überfleissig.
Darüber
hinaus bringt eine Ermittlung gemäß dieser Ausgestaltung den
Vorteil mit sich, dass diese nicht nur während bzw. nach der Fertigung
des Steuergeräts
durchgeführt
werden kann, sondern ebenfalls während
des Betriebs des Steuergeräts
an seinem Bestimmungsort.
-
Der
Vorteil des erfindungsgemäßen Vorgehens
besteht darin, dass auf die im Stand der Technik häufig verwendete
Prüföffnung verzichtet
werden kann. Hierdurch entfällt
einerseits ein zusätzlicher
Arbeitsschritt durch Verschließen
des Deckels im Rahmen der Herstellung, zum anderen ist das Ergebnis des
vorgeschlagenen Vorgehens objektiv und zuverlässig. Ein weiterer Vorteil
besteht darin, dass die von Haus aus verwendeten Bauteile des elektronischen Steuergeräts zur Leckratenbestimmung
herangezogen werden können.
-
Um
Leckagen sicher feststellen zu können, ist
es zweckmäßig, wenn
die vorgegebene Prüfbedingung
für eine
vorgegebene Zeit aufrecht erhalten wird und überprüft wird, ob und wie sich das
Maß der geometrischen
Deformation über
die Zeit verändert. Bei
Leckagen ergibt sich eine zeitliche „Rückstellung” der Deformation, da ein Druckausgleich
zwischen dem Innenraum des Steuergeräts und einem Außenraum,
z. B. einer Druck- oder Temperaturkammer, erfolgt.
-
Als
vorgegebene Prüfbedingung
kann das zu überprüfende Steuergerät in einer
Prüfkammer,
z. B. einer Druckkammer, mit Über-
und/oder Unterdruck beaufschlagt werden. Alternativ kann als vorgegebene
Prüfbedingung
das zu überprüfende Steuergerät mit Wärme beaufschlagt
werden. Unter dem Begriff „Wärme” wird hierbei
sowohl eine Erwärmung
gegenüber
der vorher vorherrschenden Umgebungstemperatur als auch ein mögliches
Abkühlen
gegenüber dieser
Umgebungstemperatur verstanden.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
erlaubt die Erfassung der geometrischen Deformation von außerhalb
des Innenraums auf kontaktbehaftete oder optische Weise oder durch
Messung einer Verdrängung,
z. B. eines gasförmigen
oder flüssigen
Mediums in einer Prüfkammer.
Eine kontaktbehaftete Messung kann beispielsweise berührend über einen Messtaster
erfolgen, der aufgrund der Deformation des zu überprüfenden Steuergeräts eine
Auslenkung erfährt.
Eine optische Messung kann beispielsweise unter Verwendung eines
Lasers durchgeführt
werden, wobei über
diesen eine relative Abstandsänderung
detektierbar ist.
-
Um
eine möglichst
große
Genauigkeit bei der Ermittlung der Dichtheit des Innenraums des
Steuergeräts
zu erhalten, ist ferner vorgesehen, vor der Ermittlung der geometrischen
Deformation des Gehäusedeckels
und/oder des Gehäusebodens
deren geometrische Lage und/oder Position und/oder Gestalt festzustellen.
Durch die vorherige Ermittlung der geometrischen Lage und/oder Position
und/oder Gestalt des Gehäuses
erfolgt eine Ermittlung eines definierten Kalibrationswertes. Hierdurch
können
beispielsweise Bauteiltoleranzen berücksichtigt werden, um diese
als Einflussgrößen auf
die Messung auszuschließen.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, die Verformung
des Gehäusedeckels und/oder
des Gehäusebodens
durch einen oder mehrere in dem Steuergerät integrierte Schaltkontakte
zu detektieren, welche bei einer vorgegebenen Deformation einen
elektrischen Kontakt in einem zwischen dem Gehäuseboden und dem Gehäusedeckel ausgebildeten
Schaltkreis, je nach vorgegebener Prüfbedingung, herstellen oder
auftrennen. Ein Schaltkontakt ist damit zwischen einem sich deformierbaren
Gehäusebauteil
und einem durch die Prüfbedingungen
ortsfest verbleibenden Gehäusebauteil gebildet,
so dass je nach Richtung des sich unter der Prüfbedingung deformierenden Gehäusebauteils
die zwei Kontaktflächen
des Schaltkontakts bis zum Herstellen eines elektrischen Kontakts
aneinander annähern
oder voneinander getrennt werden. Hierdurch ist die Detektion von
Grenzdrücken
möglich,
bei denen, je nach vorgegebenen Prüfbedingungen, der elektrische
Kontakt herstellbar oder auftrennbar ist.
-
Der
oder die Schaltkontakte können
reversibel verformbare Federkontakte umfassen, welche in dem Steuergerät angeordnet
sind und Teil des zwischen dem Gehäuseboden und dem Gehäusedeckel ausgebildeten
Schaltkreises sind. Alternativ oder zusätzlich können der oder die Schaltkontakte
in dem Gehäusedeckel
Verformungsabschnitte umfassen, die sich unter der Prüfbedingung
vorgebbar und reversibel deformieren. Insbesondere kann der Gehäusedeckel
derart ausgestaltet werden, dass dieser unter den vorgegebenen Prüfungen eine
plötzliche
Verformung erfährt,
wodurch die Registrierung eines spezifischen Grenzdrucks möglich wird.
Auf diese Weise können
die Schaltkontakte einfach, stabil, funktional und kostengünstig ausgebildet
werden.
-
Die
federnde Ausgestaltung der Schaltkontakte, sei es durch die Federkontakte
oder das Vorsehen von Verformungsabschnitten in dem Gehäusedeckel,
ermöglicht
vorteilhafterweise den Ausgleich von Toleranzen sowie den Abbau
von Kraftspitzen während
eines Kontaktiervorganges. Ein vorgegebenes Beulungsverhalten des
Gehäusedeckels,
das durch entsprechende Verfor mungsabschnitte in dem Gehäusedeckel
erzielt werden kann, ermöglicht
die Registrierung eines spezifischen Grenzdruckes.
-
Gemäß einer
weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Steuergeräts weist
der Gehäusedeckel
und/oder der Gehäuseboden
abschnittsweise unterschiedliche Wandstärken auf, um unter den vorgegebenen
Prüfbedingungen die
vorgegebene geometrische Deformation zu erzielen. Durch das Vorsehen
abschnittsweise unterschiedlicher Wandstärken kann insbesondere bei
bekannten Prüfbedingungen
eine ebenso vorbekannte Auslenkung erzielt werden, welche die Detektion
der Deformation des Gehäusebodens
und/oder des Gehäusedeckels
erleichtert.
-
In
einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung
sind zur Detektion des Überschreitens
eines vorgegebenen Maßes
der geometrischen Deformation des Gehäusedeckels und/oder des Gehäusebodens
in dem Steuergerät
integrierte Schaltkontakte vorgesehen, durch welche bei der vorgegebenen
geometrischen Deformation ein elektrischer Kontakt in einem zwischen
dem Gehäuseboden
und dem Gehäusedeckel
ausgebildeten Schaltkreis, je nach vorgegebenen Prüfbedingungen,
herstellbar oder auftrennbar ist. Die Schaltkontakte können hierbei
reversibel verformbare Federkontakte umfassen, welche in dem Steuergerät angeordnet
sind und Teil des zwischen dem Gehäuseboden und dem Gehäusedeckel ausgebildeten
Schaltkreises sind. Alternativ können die
Schaltkontakte in dem Gehäusedeckel
Verformungsabschnitte, z. B. eine, insbesondere wellenförmige, Profilierung,
umfassen, welche reversibel deformierbar sind, wenn der Gehäusedeckel
mit dem Gehäuseboden
verbunden ist, und/oder welche unter der Prüfbedingung vorgebbar und reversibel
deformierbar sind.
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist der Gehäusedeckel derart ausgestaltet,
dass dieser unter den vorgegebenen Prüfbedingungen bei Erreichen
eines spezifischen Grenzdrucks eine plötzliche Verformung annimmt,
so dass, je nach vorgegebener Prüfbedingung,
der elektrische Kontakt in dem zwischen dem Gehäuseboden und dem Gehäusedeckel ausgebildeten
Schaltkreis hergestellt oder aufgetrennt ist.
-
Ein
erfindungsgemäßes Steuergerät ist insbesondere
zur Anordnung in einem Fluidbad vorgesehen. Bei dem Fluid kann es
sich beispielsweise um ein Ölbad
handeln. Insbesondere stellt das erfindungsgemäße Steuergerät ein Getriebesteuergerät in einem
Kraftfahrzeug dar, wobei dieses, von Getriebeöl umgeben, in einer Ölwanne des
Getriebes angeordnet ist.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend näher
anhand der Figuren erläutert.
Es zeigen:
-
1 eine
schematische Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Steuergeräts in einer
Prüfkammer,
bei dem die Erfassung einer Leckage durch das Steuergerät erfolgt,
wobei ein Schaltkontakt zur Detektion eines Kammerüberdrucks
vorgesehen ist,
-
2 eine
schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Steuergeräts in der
Prüfkammer
zur wahlweisen Detektion einer Gehäusedeckelauslenkung nach außen oder innen,
-
3 eine
schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Steuergeräts in einer
Prüfkammer,
bei dem sich unter Prüfbedingungen
der Gehäusedeckel
des Steuergeräts detektierbar
nach innen verformt,
-
4 eine
schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Steuergeräts in einer
Prüfkammer,
bei dem sich unter Prüfbedingungen
der Gehäusedeckel
des Steuergeräts detektierbar
nach außen
verformt,
-
5 eine
schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Steuergeräts mit einem
besonders ausgeformten Deckel in einer Prüfkammer, bei dem sich unter
Prüfbedingungen
der Gehäusedeckel
des Steuergeräts
detektierbar verformt, wobei wahlweise eine Verformung eines Gehäusedeckels
nach außen
oder innen durch das Vorsehen zweier Schaltkontakte detektierbar
ist, und
-
6 eine
schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Steuergeräts in einer
Prüfkammer,
bei dem sich unter Prüfbedingungen
der Gehäusedeckel
des Steuergeräts detektierbar
verformt, wobei wahlweise eine Verformung eines Gehäusedeckels
nach außen
oder innen durch das Vorsehen zweier Schaltkontakte detektierbar
ist.
-
Für elektronische
Geräte
im Allgemeinen und elektronische Steuergeräte für den Einsatz in Kraftfahrzeugen
ist die Dichtheit ihres Gehäuses über die
gesamte Lebensdauer von entscheidender Bedeutung. Dies trifft z.
B. auf solche Steuergeräte zu,
welche in ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs integriert werden und
hierbei von Öl
umspült
sind. Ein solches elektronisches Steuergerät 20, das schematisch
in den 1 bis 6 dargestellt ist, umfasst beispielsweise
eine Bodenplatte 1, auf welcher ein Substrat 2,
z. B. durch Lamination, aufgebracht ist. Auf dem Substrat 2 sind
eine Anzahl an elektronischen Bauelementen 4, 5, 6, 7,
wie z. B. Sensoren, aktive und passive Bauelemente und Aktoren,
aufgebracht, welche beispielsweise über eine auf dem Substrat vorgesehene
Leiterzugstruktur (nicht dargestellt) elektrisch miteinander verbunden
sind. Um die auf dem Substrat 2 aufgebrachten elektronischen Bauelemente 4, 5, 6, 7 vor
Umgebungseinflüssen
zu schützen,
ist ein Gehäusedeckel 3 vorgesehen,
der in den Ausführungsbeispielen
mit dem Substrat 2 formschlüssig verbunden ist. Die Verbindung
zwischen dem Gehäusedeckel
und dem Substrat 2 kann beispielsweise durch Kleber realisiert
sein.
-
Entgegen
der in den Figuren gewählten
Darstellung kann der Gehäusedeckel 3 auch
unmittelbar mit dem Gehäuseboden 1 verbunden
sein.
-
Die
Einheit aus der Bodenplatte 1' und dem Substrat 2 wird
in der weiteren Beschreibung als Gehäuseboden 1 bezeichnet.
Zwischen dem Gehäusedeckel 3 und
dem Gehäuseboden 1 bzw.
dem Substrat 2 ist ein Innenraum 21 gebildet,
in dem die elektronischen Bauelemente 4, 5, 6, 7 gelegen
sind.
-
Um
die Dichtheit des Innenraums des Steuergeräts 20 überprüfen zu können, wird
das zu überprüfende Steuergerät 20 in
eine Prüfkammer 50 eingebracht,
in welcher das Steuergerät 20 mit
einem Über-
und/oder Unterdruck und/oder einer bestimmten Temperatur relativ
zum Umgebungsdruck bzw. zur Umgebungstemperatur beaufschlagt werden kann.
Hierdurch ergibt sich eine relative Druckdifferenz zwischen dem
Innenraum 21 des Steuergeräts 20 und dem umgebenden
Raum der Prüfkammer 50, wodurch
im Ausführungsbeispiel
der Gehäusedeckel 3 des
Steuergeräts 20 eine
Deformation erfährt.
Diese Deformierung des Gehäusedeckels 3 dient
als Messgröße für die Dichtheit
des Innenraums 21. Ist die Dichtheit gegeben, so entspricht
die Deformierung der Raumumhüllung
dem gezielt eingestellten Druck in der Prüfkammer 50. Bei Leckagen
zwischen dem Gehäusedeckel 3 und
dem Gehäuseboden 1 bzw.
dem Substrat 2 ergibt sich hingegen eine zeitliche „Rückstellung” der Deformation
des Gehäusedeckels 3,
da ein Druckausgleich zwischen dem Innenraum 21 des Steuergeräts 20 und
der Prüfkammer 50 erfolgt.
-
Die
Prüfkammer 50 umfasst
beispielsweise ein erstes Kammerteil zur Aufnahme des zu überprüfenden Steuergeräts 20 sowie
ein zweites Kammerteil, das mit dem ersten Kammerteil verbunden
ist, so dass ein Prüfraum
entsteht. In die Prüfkammer 50 ist ein
Kammerventil 53 eingebracht, über welches gezielt ein Über- oder
Unterdruck in der Prüfkammer 50 einstellbar
ist.
-
Herrscht
in der Prüfkammer 50 Normal-
bzw. Umgebungsdruck vor, dann befindet sich der Gehäusedeckel 3 in
seinem unbelasteten Ausgangszustand. Bei einem Unterdruck in der
Prüfkammer 50 ist der
in einem dichten Steuergerät 20 vorherrschende Normaldruck
nun größer als
der Unterdruck in der Prüfkammer 50.
Es wirkt auf den Gehäusedeckel 3 eine
Kraft, die ihn konvex nach außen
verformt. Bei einer Leckage der Verbindung zwischen dem Gehäusedeckel 3 und
dem Gehäuseboden 1 bzw.
Substrat 2 würde
sich keine Druckdifferenz zwischen dem Innenraum 21 und
der Prüfkammer 50 ergeben.
Der Gehäusedeckel 3 würde sich
demnach nicht verformen und in seiner ursprünglichen Form verbleiben. Bei
sehr kleinen Leckagen bildet sich die Verformung des Gehäusedeckels 3 über die
Zeit zurück.
Es ist demgemäß zweckmäßig, wenn
die vorgegebenen Prüfbedingungen
für eine
vorgegebene Zeit aufrecht erhalten werden und hierbei überprüft wird,
ob und gegebenenfalls wie sich das Maß der geometrischen Deformation über die
Zeit verändert.
Aufgrund eines über
das Kammerventil 53 in der Prüfkammer 50 erzeugten Überdrucks
verformt sich der Gehäusedeckel 3 konkav
nach innen.
-
Weist
der Gehäusedeckel 3 einen
Gehäuseabschnitt 8 auf,
welcher gegenüber
den restlichen Abschnitten des Gehäusedeckels 3 mit einer
Materialschwächung
versehen ist, dann führt
diese zu einer deutlicheren Verformung im Bereich des Gehäuseabschnitts 8,
so dass diese auf einfachere Weise detektierbar ist. Der Gehäusedeckel 3 kann
zur Erzielung einer gewünschten
Auslenkung bei einem vorgegebenen Druck in beliebiger Weise gestaltet
werden. Dies wird auch als „Tailoring” des Gehäusedeckels 3 bezeichnet.
-
Alternativ
(oder auch zusätzlich)
zum Erzeugen eines Über- oder Unterdrucks
in der Prüfkammer 50 kann
die Deformation des Gehäusedeckels 3 auch
durch Erwärmung
oder Abkühlung
des zu prüfenden
Steuergeräts
erzeugt werden. Aufgrund des sich ausdehnenden oder zusammenziehenden
Mediums im Innenraum 21 bildet sich ein Druckunterschied
relativ zur Prüfkammer 50 aus,
wodurch die detektierbare Deformation hervorgerufen wird. Auch bei
dieser Ausführungsvariante
kann durch ein Rückstellen
der Verformung des Gehäusedeckels 3 auf eine
Leckage geschlossen werden.
-
In
einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann das Steuergerät 20 derart
ausgebildet sein, dass nicht nur der Gehäusedeckel 3, sondern
ein beliebiges anderes Bauteil des Steuergeräts 20 eine Verformung
in der oben beschriebenen Prüfkammer aufweist.
-
In
den 1 bis 6 werden Ausführungsvarianten
der Erfindung beschrieben, welche zur Ermittlung einer möglichen
Leckage keine Messelemente benötigen.
Die dazu notwendigen Informationen werden durch das Steuergerät 20 selbst
ermittelt und ausgewertet. Wie aus der vorangegangenen Beschreibung
ersichtlich wurde, stellt das Steuergerät 20 eine Art „Druckmessdose” dar, wobei
die Evaluation einer Leckage bei geschlossenem Gehäuse durch
integrierte Bauelemente realisiert werden kann. Entsprechend den
vorangegangenen Ausführungsbeispielen
kann das Steuergerät 20 erwärmt oder
abgekühlt
werden oder mit einem Über-
oder Unterdruck in der Prüfkammer
beaufschlagt werden, um eine Druckänderung im Innenraum 21 und
damit eine Verformung des Gehäusedeckels 3 zu
erzeugen. Diese Verformung wird autark von integrierten Schalt-
und Kontaktelementen in dem Steuergerät erfasst. Ein Vorteil dieser
Vorgehensweise besteht darin, dass die Überprüfung auf Leckage im Rahmen des
Herstellungsprozesses auf einfache Weise mitintegriert werden kann,
da Erwärmung
und Abkühlung typische
und gängige
Prozessschritte in einer Elektronikfertigung sind. Darüber hinaus
eröffnet
die Integration der Dichtheitsprüfung
in das Steuergerät
die Möglichkeit
der Überwachung
der Dichtheitseigenschaften auch während des Betriebs des Steuergeräts an seinem
Einsatzort.
-
In 1 ist
in einer schematischen Querschnittsdarstellung ein elektronisches
Steuergerät 20 mit
Mitteln zur autarken Grenzleckage-Bestimmung dargestellt. Hierbei
ist auf dem Substrat 2 ein Federkontakt 10 aufgebracht,
der im Bereich einer Kontaktstelle 9 des Gehäusedeckels 3 angeordnet
ist. Die Kontaktstelle 9 stellt einen bauchigen Vorsprung
des Gehäusedeckels 3 dar,
der dem Innenraum 21 zugewandt ist und sich in Richtung
des freien Endes der Kontaktfeder 10 erstreckt. Die Kontaktstelle 9 ist
Teil eines Schaltkontakts 15 eines auf dem Gehäusedeckel 3 und
dem Gehäuseboden 1 bzw.
Substrat 2 ausgebildeten Schaltkreises. Ist, wie in 1 gezeigt,
lediglich ein einziger solcher Schaltkontakt 15 (umfassend
die Kontaktstelle 9 und den zugeordneten Federkontakt 10)
ausgebildet, so kann der Gehäusedeckel 3 aus
einem metallischen Material gebildet sein. Alternativ kann der Gehäusedeckel 3 aus einem
isolierenden Material bestehen, der im Bereich der Kontaktstelle 9 mit
einer Metallisierung versehen ist. Diese Metallisierung ist dann über eine
Leiterzugstruktur mit entsprechenden elektronischen Bauelementen
und dem Federkontakt 10 elektrisch verbunden.
-
Werden
der Federkontakt 10 und die Kontaktstelle 9 miteinander
in Kontakt gebracht, wie dies im Falle eines in der Prüfkammer 50 vorherrschenden Überdrucks
oder einer Abkühlung
der Fall ist (vgl. strichpunktierter Verlauf des Gehäusedeckels 3),
so schließt
sich der Stromkreis und eine vorbestimmte Deformation bzw. ein Grenzdruck
ist detektiert. Wird diese Deformation über einen vorbestimmten Zeitraum
aufrecht erhalten, d. h. bleibt der Schaltkreis geschlossen, so
ist dies ein Hinweis auf ausreichende Dichtheit des Steuergeräts. Bei
einer Leckage findet ein Druckausgleich zwischen dem Innenraum 21 des
Steuergeräts 20 und
der Prüfkammer statt,
so dass sich der Gehäusedeckel
in seine Ausgangslage zurück
begibt. Dadurch wird der elektrische Kontakt zwischen der Kontaktstelle 9 und
dem Federkontakt 10 aufgetrennt.
-
2 zeigt
in einer schematischen Querschnittsdarstellung eine Abwandlung des
Ausführungsbeispiels
gemäß 1.
Neben dem Schaltkontakt 15 ist ein weiterer Schaltkontakt 16 vorge sehen, der
einen weiteren Federkontakt 12 sowie eine weitere Kontaktstelle 11 umfasst
und Bestandteil eines weiteren Stromkreises ist. Hierbei grenzt
der Federkontakt 12 an die Kontaktstelle 11 an,
so lange in der Prüfkammer 50 Normal- bzw. Umgebungsdruck herrscht.
Wird ein Unterdruck in der Prüfkammer 50 erzeugt
(alternativ eine Erwärmung
des Steuergeräts 20),
so deformiert sich der Gehäusedeckel 3 nach außen (strichpunktierter
Verlauf des Gehäusedeckels 3),
wodurch der Schaltkontakt 16 aufgetrennt wird. Dies signalisiert,
dass ein vorbestimmter Grenzüberdruck
gegeben ist. Bei einer Leckage stellt sich der Gehäusedeckel
wieder in seine Ausganglage (durchgezogene Linie) zurück, wodurch
der Schaltkontakt 16 geschlossen wird. Aufgrund seiner
federnden Eigenschaften lässt
sich der Federkontakt 12 bei Druckbeaufschlagung in der
Prüfkammer 50 verformen,
so dass der Schaltkontakt 15 aufgrund der Verformung nach
innen geschlossen werden kann.
-
In
welcher Form, Art und Weise eine elektrische Schaltung für die im
Zusammenhang mit 1 und 2 beschriebene
Aufgabe verwirklicht wird, ist nicht Gegenstand der vorliegenden
Erfindung und bleibt einem Fachmann überlassen.
-
Die 3 bis 6 zeigen
jeweils in einer schematischen Querschnittsdarstellung weitere Ausgestaltungen,
in denen die federnde Funktion der Kontaktierung nicht durch in
dem Steuergerät 20 ausgebildete
Federkontakte übernommen
wird, sondern in den Gehäusedeckel 3 konstruktiv
integriert ist. Das hierbei verwendete Prinzip der Leckageerkennung entspricht
den ausführlich
beschriebenen Ausführungsbeispielen
in den 1 und 2. Hierzu verfügt der Gehäusedeckel 3 über Verformungsabschnitte 17 und 18,
welche sich im Rahmen der Prüfung
in vorgegebener Weise nach innen und/oder nach außen verformen
lassen und hierbei einen elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktstellen 9 bzw. 11 in
dem Gehäusedeckel 3 und
jeweiligen steifen Kontaktsockeln 13 bzw. 14 herstellt.
Grundsätzlich kann
der Gehäusedeckel
hierbei derart ausges taltet werden, dass die mechanischen Eigenschaften
den Erfordernissen der elektrischen Kontaktierung angepasst sind.
Ei genschaften, welche im Rahmen dessen veränderlich sind, sind z. B. Federkennlinien, Steifigkeiten,
eine örtliche
Verteilung der Steifigkeiten, Materialschwächen, Beulungsverhalten und
anderes. Hierdurch bedingt können
die Kontaktsockel 13, 14 einfach, stabil funktional
angepasst und kostengünstig
ausgebildet werden.
-
Allgemein
kann der Gehäusedeckel
durch geometrische Variationen, Materialauswahl und insbesondere
durch Variation der Wandstärken
(sog. Wandstärken-Tailoring)
derart ausgebildet werden, dass eine definierte Druck/Weg-Sensibilisierung
oder Beulung in der Deformierung des Gehäusedeckels erreicht werden
kann.
-
Die
in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen
beschriebene federnde Kontaktierung ist zweckmäßig, um Bauteiltoleranzen auszugleichen und
um Kraftspitzen während
des Kontaktiervorganges abzubauen. Beispielsweise könnte der
Gehäusedeckel 3 nach
Art eines „Knackfrosches” ausgebildet
sein, wodurch ein spezifischer Grenzdruck registrierbar ist.
-
Die
Erfindung weist den Vorteil auf, dass zur Überprüfung der Dichtheit des Innenraums
eines Steuergeräts
keine zusätzlichen
Komponenten oder Verarbeitungsschritte notwendig sind. Vielmehr
lassen sich Funktionalitäten
einer Grenzleckratenbestimmung in die eigentliche Gehäusekonstruktion des
Steuergeräts
integrieren. Von Vorteil ist ferner, dass Bauteiltoleranzen keinen
Einfluss haben. Es ist stattdessen jede Messung im Ausgangszustand
kalibrierbar. Die Leckratenbestimmung lässt sich bereits während der
Fertigung des Steuergeräts
in thermischen Prozessen durchführen,
sofern solche Prozesse während
der Fertigung gegeben sind. Beispielsweise kann die Dichtheitsprüfung gleichzeitig
mit der Wärmebehandlung
nach einem Klebeprozess erfolgen. Die Dichtheitsprüfung kann
auch in eine Hochtemperaturprüfung
integriert sein. Die Erfindung eröffnet ferner die Möglichkeit
der Realisierung des kontinuierlichen Überwachens der Dichtheit während des
Betriebs des Steuergeräts.
Einen entscheidenden Qualitätsvorteil
stellt der Umstand dar, dass zur Dichtheitsbestimmung keine Öffnung in
das Gehäuse eingebracht
werden braucht, welche nach der Prüfung wieder verschlossen werden
muss.