Herzstück der Getriebesteuerung ist ein Embedded Computer, der direkt in das Getriebe eingebaut wird und die Funktionen des Automatikgetriebes vollständig übernimmt. (Bild: Weco)
Einer der weltweit größten Elektronikzulieferer für die Automobilindustrie ist Kunde von Weco, einem Hersteller von Verbindungselementen für die Bereiche Elektronik und Elektrotechnik. Gemeinsam mit dessen chinesischem Tochterunternehmen hat das Unternehmen eine automatische Getriebesteuerung entwickelt. Herzstück der Lösung ist ein Embedded Computer, der direkt in das Getriebe eingebaut wird und die Funktionen des Automatikgetriebes vollständig. Für den Einsatz in dieser robusten Umgebung ist der integrierte Rechner im Innern des Getriebes in einer separaten Gehäusebox gegen möglicherweise eindringendes Getriebeöl speziell gekapselt. Durch diese Maßnahme sind die Bauteile vor eintretendem Öl geschützt. „Der Automotive-Zulieferer legte besonderen Wert auf die Unempfindlichkeit und Robustheit der Lösung“, berichtet Detlef Fritsch, Geschäftsführer von Weco Contact. „Schließlich muss der Embedded Computer in der Temperaturumgebung des Getriebes sowie des Getriebeöls absolut zuverlässig arbeiten.“
Die Getriebeeinheit muss in einem extrem breiten Temperaturspektrum reibungslos funktionieren. So werden beispielsweise im sibirischen Winter Außentemperaturen von -40°C erreicht, während die Betriebstemperatur des Getriebeöls 90-100°C erreichen kann. Diese Schwankungen muss das integrierte System aushalten. Das von Weco entwickelte Bauteil erfüllt diese Anforderungen. Es wurde so konzipiert, dass kleine Ausdehnungen, Verwerfungen oder Stresssituationen, die sich auf die Platine auswirken können, keinen Einfluss auf den Steckverbinder haben, der die Brücke zur Elektronik des Autos bildet. In der ersten Projektphase wurde eine Lösung entwickelt, die speziell auf die Anwendungsumgebung in PKWs zugeschnitten ist. Für SUVs ist ein weiteres Projekt in der Vorbereitungsphase.
Sicherheit und Zuverlässigkeit im Fokus
Die Platine mit sämtlichen Komponenten ist fest im Getriebe verbaut. Damit die notwendigen Daten übermittelt werden können, braucht es eine sichere Verbindung zur Fahrzeugelektronik außerhalb des Getriebes. Dafür ist eine flexible Technologie, wie die SMT-Technologie, optimal. Bei Platinen, die nach diesem Verfahren entstehen, werden Pins mit einem besonderen Kopf auf die Platine aufgebracht und mit der Kunststoffschicht des Trägers verlötet. Auf den Kopf des Pins wird dann jeweils ein weiteres Kontaktelement per Laserverfahren verschweißt.
Die vom Unternehmen für den Automotive-Bereich entwickelte Verbindungslösung Platine hat eine Größe von etwa 6 cm und verfügt über 19 plus drei oder 24 plus drei Pins, die für die Zuführung oder Abnahme der Steuersignale im Getriebe benötigt werden. Würden alle notwendigen Pins starr in den Kunststoffträger eingebunden, könnte das Bauteil den mechanischen Druck beim Ausdehnen- oder Zusammenziehen nicht ausreichend abfedern. Die Folge wäre eine hohe mechanische Kraft, die auf die einzelnen Lötpunkte der Platine wirken würde. Schäden an bzw. auf der Platine wären so nicht auszuschließen.
Da die Pins nicht starr im Kunststoff des Gehäuses, das die Platine umschließt, fixiert sind, können sich diese in einem ausreichenden Maß auf- und abwärts bewegen. Der Endanwender hat durch den Einbau dieser Lösung die Gewissheit, dass die Elektronik reibungslos und wartungsfrei über die gesamte Lebensdauer des Getriebes funktioniert. Das hat auch Vorteile für Autobauer, die eine Garantie für den reibungslosen Betrieb über die gesamte Lebensdauer des Getriebes geben müssen. Aufwändige und teure Wartungsarbeiten entfallen.
Die Platine lässt sich extern steuern und muss nicht ausgebaut werden. „Sicherheit und Zuverlässigkeit stehen bei dieser Technologie im absoluten Fokus“, bringt es Detlef Fritsch auf den Punkt. Die Floating Pin Technologie hat zudem den Vorteil, dass sich die benötigten Bauteile auf kleineren Platinen verbauen lassen, als bei Platinen, die mit der bisher üblichen THR-Technologie bestückt werden. Dabei wurde die Platine durchbohrt, um die notwendigen Bauteile aufzubringen, was nicht nur umständlich, sondern auch zeitintensiv war. Die Bestückung nach dem neuen „schwebenden Verfahren“ bietet Anbietern mehr Flexibilität und eine schnellere Herstellung der Platinen, da das Verfahren weniger aufwendig ist.
Kurze Geschichte der Surface Mount Technology (SMT)
Ihren Siegeszug begann die Surface Mount Technology im Bereich der Unterhaltungselektronik. Mittlerweile ist diese Oberflächenmontagetechnik auch in anderen Bereichen, beispielsweise der Industrie-Elektronik, der Büro- und Datentechnik, der Nachrichtentechnik, der Kfz-Elektronik sowie der Steuerungs- und Messtechnik angekommen. Gründe dafür sind die Wirtschaftlichkeit, aber auch die technischen Vorteile von SMT.
Leiterplatten sollen heute auf beiden Seiten mit allen notwendigen aktiven und passiven Komponenten bestückt sein. Das ist besonders für Anwendungen entscheidend, bei denen nur ein geringer Einbauraum zur Verfügung steht. Hier bietet sich die „Surface Mount Technology“ als Alternativlösung an. Bei SMT werden kleine Bauelementen verwendet, die nicht mehr mit Pins ausgestattet sind, sondern direkt auf der Leiterplatte befestigt werden. Dadurch entfallen Bohrungen für die Montage der notwendigen Komponenten. Die Leiterplattengestaltung wird für Entwickler aufgrund dessen deutlich flexibler. Das macht SMT auch für die Herstellung kleinerer Baugruppen oder als Lösung für spezifische Applikationen interessant. Darüber hinaus wird die Palette der verwendbaren Trägermedien größer. So können beispielsweise auch Glasträger verwendet werden, bei denen eine Bohrung nicht möglich ist. Stattdessen werden die Leiterbahnen auf diese Grundfläche aufgedampft.
Industrieanwendungen brauchen robuste Komponenten
Weitere Einsatzfelder, in denen die Lösung zum Einsatz kommen kann, sind beispielsweise Industrieapplikationen. So haben Maschinen meist eine hohe Eigenvibration. Hier kann die Surface Mount Technologie (SMT) Schwingungen abfangen und den problemlosen Betrieb von Industrieanwendungen ermöglichen. Denkbar ist auch der Einsatz in Fernbedienungen, mit denen sich Baustellen-Kräne steuern lassen oder im Containerhafen, wo Lösungen in einer rauen Umgebung eingesetzt werden, um Frachtgut zu verteilen. Mittlerweile gehen auch immer mehr Speditionen dazu über, ihre LKW mit Bedienelementen zu bestücken, die direkt am Fahrzeug angebracht werden, um die Laderampen zu steuern. Hier sind Robustheit und die Unempfindlichkeit gegen Temperaturschwankungen gefragt.
Die Autorin
Petra Adamik, freie IT-Autorin aus München
