DE102013103090A1

DE102013103090A1 - Glühkerzensteuergerät

Info

Publication number: DE102013103090A1
Application number: DE102013103090.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Störzinger; Bernd Halbrock
Original assignee: BorgWarner Beru Systems GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: US9273662B2; US20140291314A1; DE102013103090B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Glühkerzesteuergerät mit einem Leistungstransistor (2) zum An- und Abschalten des Heizstroms, einer Steuereinheit (3) zum Steuern des Leistungstransistors (2), einem mit dem Leistungstransistor (2) in Reihe geschalteten Messwiderstand (4) zum Messen der Stärke eines Heizstroms, und einer Leiterplatte (5), welche den Leistungstransistor (2), die Steuereinheit (3) und den Messwiderstand (4) trägt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Messwiderstand (4) über Stifte an die Leiterplatte (5) angeschlossen ist, die in Leiterplattenlöcher eingepresst sind und aus einer Legierung sind, die einen Kupferanteil von wenigstens 80 Gew.-% und einen Nickelanteil von 4 bis 12 Gew.-% hat. Die Verbindung betrifft auch die Verwendung einer Legierung mit einem Kupferanteil von wenigstens 80 Gew.-% und einem Nickelanteil von 4 bis 12 Gew.-% für einen Stift einer Einpressverbindung in einem Glühkerzensteuergerät.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Glühkerzensteuergerät mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Moderne Glühkerzensteuergeräte erzeugen aus einer Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeuges durch Pulsweitenmodulation für jede Glühkerze eine Effektivspannung. Glühkerzensteuergeräte enthalten deshalb einen Leistungstransistor, mit dem der Heizstrom an- und abgeschaltet und somit pulsweitenmoduliert wird.
Glühkerzensteuergeräte können die Temperatur einer Glühkerze regeln oder steuern, indem der Tastgrad der pulsweitenmodulierten Effektivspannung angepasst wird. Für eine präzise Temperatursteuerung ist eine präzise Kontrolle der eingespeisten Leistung erforderlich. Für eine Temperaturregelung wird die aktuelle Temperatur der Glühkerze aus einer Widerstandsmessung ermittelt. In beiden Fällen ist eine präzise Messung der Stärke des Heizstroms von großer Bedeutung. Viele moderne Glühkerzensteuergeräte enthalten deshalb einen Messwiderstand zum Messen der Stärke des Heizstroms.
Ständiges Ziel bei der Entwicklung von Glühkerzensteuergeräten ist es, eine Glühkerze mit einer größeren Präzision möglichst rasch auf eine gewünschte Temperatur zu bringen bzw. dort zu halten. Zu hohe Temperaturen einer Glühkerze führen nämlich zu ihrem vorzeitigen Ausfall. Zu niedrige Temperatur führen zu einer suboptimalen Verbrennung des Kraftstoffs.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Weg aufzuzeigen, wie mit einem Glühkerzensteuergerät die Temperatur einer Glühkerze präziser vorgegeben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Glühkerzensteuergerät mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Bei herkömmlichen Glühkerzensteuergeräten ist der Messwidertand mit der Leiterplatte verlötet. Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, dass die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes einer solchen Lotverbindung eine erhebliche Fehlerquelle für eine präzise Leistungssteuerung bzw. Temperaturregelung der Glühkerze darstellt, da sich der temperaturabhängige Widerstand der Lötverbindung zu dem Widerstandswert des Messwiderstands addiert.
Als Alternative zur Lotverbindungen sind Einpressverbindungen bekannt. Einpressstifte hierfür werden aus Bronze, Messing oder Kupfereisen hergestellt. Allerdings haben auch diese Materialien einen erheblichen temperaturabhängigen Widerstand, so dass sich auf diese Weise das Problem eines temperaturabhängigen Störsignals nicht wirklich lösen lässt.
Erfindungsgemäß wird die Einpressverbindung von Stiften gebildet, die aus einer Legierung sind, die einen Kupferanteil von wenigstens 80 Gewichtsprozent und einen Nickelanteil von 4 bis 12 Gewichtsprozent hat. Derartige Kupfer-Nickellegierungen haben eine geringe Temperaturabhängigkeit des Widerstandes in Kombination mit sehr guten mechanischen Eigenschaften, insbesondere eine federnde Elastizität, die gute Einpressverbindungen ermöglicht.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die für den Stift verwendete Legierung einen Kupferanteil von wenigstens 85 Gewichtsprozent hat. Beispielsweise kann die Legierung einen Kupferanteil von 88 Gewichtsprozent oder mehr haben.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die für den Stift verwendete Legierung weniger als 10 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 5 Gew.-%, insbesondere weniger als 3 Gew.-%, sonstige Legierungsbestandteile enthält. Gut eignet sind beispielsweise Kupfer-Nickel Legierungen, die nicht mehr als 2 Gew.-% sonstige Legierungsbestandteile enthalten.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Legierung einen Nickelanteil von 6 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise von 8 bis 10 Gew.-%, aufweist.
Falls die Legierung neben Kupfer und Nickel weitere Bestandteile enthält, sollten diese nur einen kleinen Anteil haben. Bevorzugt ist, dass die Legierung abgesehen von Kupfer und Nickel keinen Legierungsbestandteil, der einen Anteil von mehr als 2 Gew.-% ausmacht, enthält.
Neben Kupfer und Nickel können als weitere Legierungsbestandteile beispielsweise Zinn, vorzugsweise nicht mehr als 2 Gew.-%, oder andere Metalle, beispielsweise Eisen und/oder Mangan sein. Falls die Legierung andere Elemente als Nickel, Kupfer oder Zinn enthält, hat jedes dieser anderen Elemente bevorzugt einen Anteil von nicht mehr als 1 Gew.-%.
Der für die Einpressverbindungen verwendete Stift kann eine Öffnung aufweisen. Derartige Stifte weisen ähnlich wie eine Nadel ein Öhr auf und lassen sich beim Einpressen leichter zusammendrücken. Alternativ können auch massive Stifte verwendet werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Skizze eines Glühkerzensteuergeräts;
2 ein Ausführungsbeispiel eines Einpressstifts; und
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Einpressstifts.
In 1 ist schematisch eine vereinfachte Skizze eines Glühkerzensteuergeräts dargestellt, das einen Steckverbinderanschluss 1 zum Anschließen einer Glühkerze, einen Leistungstransistor 2 als Halbleiterschalter zum An- und Abschalten eines Heizstroms, eine Steuereinheit 3 zum Steuern des Leistungstransistors 2 und einen Messwiderstand 4 zum Messen der Stärke des Heizstroms aufweist. Der Steckverbinderanschluss 1 ist an einem Gehäuse angebracht, das in 1 nicht dargestellt ist und in dem der Leistungstransistor 2, die Steuereinheit 3 und der Messwiderstand 4 angeordnet sind. Das Gehäuse hat zudem einen Anschluss, um das Glühkerzensteuergerät an das Bordnetz eines Fahrzeugs anzuschließen.
Tatsächlich hat das Glühkerzensteuergerät mehrere Anschlüsse zum Anschließen einer Glühkerze, die aber der Einfachheit halber nicht dargestellt sind. Jeder dieser Steckverbinderanschlüsse 1 ist jeweils mit einem Leistungstransistor 2, beispielsweise einem Feldeffekttransistor, in Reihe geschaltet. Jeder der Leistungstransistoren 2 ist jeweils mit einem Messwiderstand 4 zur Messung des durch den Leistungstransistor fließenden Heizstroms in Reihe geschaltet.
Alle Leistungstransistoren 2 werden von der Steuereinheit 3 gesteuert, die beispielsweise ein ASIC oder ein Mikrokontroller sein kann. Die Steuereinheit 3 misst das elektrische Potential vor und hinter dem Messwiderstand 4, um den Spannungsabfall am Messwiderstand 4 zu ermitteln. Aus diesem Spannungsabfall und dem Widerstandswert des Messwiderstands 4 kann die Steuereinheit 3 die Stärke des durch den Messwiderstand 4 fließenden Stroms und damit die Stärke des Heizstroms messen.
Der Leistungstransistor 2, die Steuereinheit 3 und der Messwiderstand 4 sind auf einer Leiterplatte 5 angeordnet. Leiterplatten werden manchmal als Schaltungsträgerplatten bezeichnet.
Der Messwiderstand 4 ist über Stifte an die Leiterplatte 5 angeschlossen ist, die in Leiterplattenlöcher eingepresst sind. Ausführungsbeispiel solcher Stifte sind in 2 und 3 dargestellt. Der Heizstrom fließt also durch zwei Einpressverbindungen und den Messwiderstand 4. Die Stifte haben jeweils einen ausgebauchten Mittelteil. Bei dem Beispiels der 2 hat der Mittelteil eine Öffnung 6. Bei dem Beispiel der 3 ist in dem Mittelteil sowohl die Breite aus auch die Dicke des Stifts erhöht.
Die Stifte, mit denen der Messwiderstand 4 an der Leiterplatte 5 befestigt ist, sind aus einer Legierung, die einen Kupferanteil von wenigstens 80 Gew.-% und einen Nickelanteil von 4 bis 12 Gew.-% hat. Die Stifte können beispielsweise aus CuNi6, CuNi10, CuNi10Fe1Mn oder CuNi9Sn2 bestehen.

Claims

Glühkerzesteuergerät mit einem Leistungstransistor (2) zum An- und Abschalten des Heizstroms, einer Steuereinheit (3) zum Steuern des Leistungstransistors (2), einem mit dem Leistungstransistor (2) in Reihe geschalteten Messwiderstand (4) zum Messen der Stärke eines Heizstroms, und einer Leiterplatte (5), welche den Leistungstransistor (2), die Steuereinheit (3) und den Messwiderstand (4) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (4) über Stifte an die Leiterplatte (5) angeschlossen ist, die in Leiterplattenlöcher eingepresst sind und aus einer Legierung sind, die einen Kupferanteil von wenigstens 80 Gew.-% und einen Nickelanteil von 4 bis 12 Gew.-% hat.
Glühkerzesteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung einen Kupferanteil von wenigstens 85 Gew.-%, vorzugsweise wenigstens 88 Gew.-%, hat.
Glühkerzensteuergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung weniger als 10 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 5 Gew.-%, insbesondere weniger als 3 Gew.-%, sonstige Legierungsbestandteile enthält.
Glühkerzensteuergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung einen Nickelanteil von 6 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise von 8 bis 10 Gew.-%, aufweist.
Glühkerzensteuergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung CuNi6, CuNi10, CuNi10Fe1Mn oder CuNi9Sn2 ist.
Glühkerzensteuergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung abgesehen von Kupfer und Nickel keinen Legierungsbestandteil, der einen Anteil von mehr als 2 Gew.-% ausmacht, enthält.
Glühkerzensteuergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte eine Öffnung (6) aufweisen, die beim Einpressen zusammengedrückt wurde.
Verwendung einer Legierung mit einem Kupferanteil von wenigstens 80 Gew.-% und einem Nickelanteil von 4 bis 12 Gew.-% für einen Stift einer Einpressverbindung in einem Glühkerzensteuergerät.