Elektrische
Schaltungsträger
in Elektronikgeräten,
insbesondere für
Automobilanwendungen, sind gewöhnlich
Umgebungstemperaturen von 150°C
bis –40°C ausgesetzt.
Zur Ableitung derart hoher Temperaturen weist das Gehäuseoberteil
mitunter flüssigkeitsdurchströmte Kühlrippen
auf. Neben der Temperaturbelastung treten regelmäßig Vibrationsbelastungen von
bis zu 30 g auf. Unter diesen Belastungen sind die Anforderungen
an die Befestigung dieser Schaltungsträger z. B. in Anbaugeräten im Fahrzeugmotorenraum
deutlich höher.
Zudem muss aber auch berücksichtigt
werden, dass der geringstmögliche
Aufwand hinsichtlich der Material- und Fertigungskosten betrieben
und die Qualität
sowie die Lebensdauer derartiger Elektronikgeräte, welche z.B. über seitlich
am Gehäuseunterteil
angeordnete Steckerbuchsen geeignet kontaktiert werden können, nicht
beeinträchtigt
wird.
Aufgrund
der hohen Anforderungen an den Schaltungsträger besteht eine qualitativ
hochwertige Lösung
darin, die Befestigung des Schaltungsträgers über eine Verschraubung vorzunehmen.
Problematisch ist dabei, dass sich die Verschraubung unter Temperatureinwirkung
und Vibration lockert, was unter anderem auf die Relaxation des
Kunststoffs zurückzuführen ist.
Dies kann im Resonanzfall zum Ausfall des Schaltungsträgers führen.
Andere
aufwendigere Maßnahmen,
den Schaltungsträger
am Gehäuse
anzubinden sehen vor, den Schaltungsträger über mehrere Verschraubungen
gegen ein Metallteil zu befestigen.
Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, den Schaltungsträger
auf einem Bauteil zu verkleben. Zur Dämpfung wird dabei eine kostenintensive,
hoch anpassungsfähige,
weiche Wärmeleitfolie,
sog. GAP-PAD, auf die Oberseite des Schaltungsträgers aufgeklebt, das sich bei
der Montage in den vorhandenen Spalt einpasst und sich zum Deckel
abstützt, um
so als Dämpfungselement
zu wirken.
Diese
Lösungsansätze führen stets
dazu, dass höhere
Kosten für
die Einzelteile hinsichtlich der Entwicklung, der Qualitätssicherung,
der Logistik und der Disposition entstehen, bzw. sich der Fertigungsaufwand
erhöht.
Hinzu kommt, dass sich noch weitere Probleme bei direkter Verschraubung
oder Verklebung ergeben können,
die daraus resultieren, dass unterschiedliche Längenausdehnungskoeffizienten hinsichtlich
der Schaltungsträger
vorliegen. Mitunter kann auch ein erhöhtes Qualitätsrisiko darin bestehen, dass
eine zusätzliche
Abdichtung benötigt
wird, wenn die Gehäusekonstruktion
durchbrochen wird, um den Schaltungsträger zu befestigen. Des Weiteren
ist auch der technische und zeitliche Fertigungsaufwand problematisch,
da das Steuergerät
in der Fertigung wegen der Verklebung des Schaltungsträgers mit
dem Gehäusedeckel
durch die Bestückungs-
und Lötanlage
transportiert werden muss.
Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein kostengünstigeres
Befestigungssystem für
einen elektrischen Schaltungsträger
zu schaffen, das insbesondere temperaturbeständig, vibrationssicher und
leicht montierbar ist.
Diese
Aufgabe wird durch ein Befestigungssystem für einen elektrischen Schaltungsträger mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen,
wel che einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind
der Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
Das
erfindungsgemäße Befestigungssystem zeichnet
sich dadurch aus, dass zwischen Schaltungsträger und Halterung ein temperaturbeständiges und
vibrationsdämpfendes
Gummielement, vorzugsweise ein O-Ring, entweder lose oder angespritzt
angeordnet ist. Dadurch, dass erfindungsgemäß ein Gummielement als temperaturbeständiges und
vibrationssicheres Dämpfungselement
ausgebildet ist, lässt
sich die Anzahl der Befestigungsmittel, wie zum Beispiel Schrauben,
bis auf eine Verschraubung reduzieren. Hinzu tritt der Vorteil,
dass das Gummielement, vorzugsweise der O-Ring, nur ein Zusatzteil
darstellt, für
den Fall, dass es nicht an den Kunststoffdeckel angespritzt ist,
und eine Montage einfach vorgenommen werden kann, ohne dass der Fertigungsprozess
des gesamten Schaltungsträgers aufwendiger
wird. bzw.
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn das Gummielement bzw. der O-Ring aus einem
dauerelastischen Material gefertigt ist, was durch eine hohe Vernetzung
der Makromoleküle
eines Polymers erreicht werden kann. Mit der Vernetzung wird die
Formbeständigkeit
in der Wärme
verbessert und die Bildungshäufigkeit
und das Weiterreißen
von Mikrorissen vermindert. Zudem zeigt das Material kaum Altersprozesse
bzw. Versprödungen.
Durch
das erfindungsgemäße Befestigungssystem
kann der Schaltungsträger
vorteilhaft schwimmend gelagert werden. Dies hat zum Vorteil, dass
unterschiedliche Längenausdehnungskoeffizienten
keine negativen Auswirkungen mehr haben und keine zusätzlichen
Abdichtungen benötigt
werden, da sich die Verschraubung innerhalb eines abgedichteten
Bereichs befindet. Durch die einfache Montage des erfindungsgemäßen Befestigungssystems
werden keine zusätzlichen
Fertigungsmittel, wie z. B. eine Dispens- und Aushärteanlage
im Falle einer Verklebung benötigt.
Mit Ausnahme des erfindungsgemäßen Gummielements
bzw. des O-Rings werden keine weiteren Bauteile, wie z. B. Anschraubschienen
oder sog. Gewindeinserts benötigt,
um den Schaltungsträger
zu befestigen.
Die
vorliegende Erfindung erlaubt erstmals vorteilhaft die vibrationsdämpfende
Lagerung eines elektrischen Schaltungsträgers mittels eines temperaturbeständigen Gummielements.
Sie eignet sich daher insbesondere für Anwendungen im Automobilbereich.
Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand
eines Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnung erläutert.
Dabei
zeigen schematisch:
1 in
einer perspektivischen Darstellung einen in einem verschraubten
Gehäuse
erfindungsgemäß befestigten
elektrischen Schaltungsträger;
2 das
erfindungsgemäße Befestigungssystem
nach 1 in einem vergrößerten Ausschnitt; und
3 die
Gehäuseverschraubung
nach 1 in einem vergrößerten Ausschnitt.
1 zeigt
in einer perspektivischen Darstellung einen in einem verschraubten
Gehäuse 1, 4 erfindungsgemäß befestigten
elektrischen Schaltungsträger 12,
also im montierten Zustand. Das in 1 dargestellte
Elektronikgehäuse 1, 4 umfasst ein
Gehäuseoberteil 1,
auf dessen Gehäuseboden 2 parallel
verlaufende, vorzugsweise flüssigkeitsdurchströmte, Kühlrippen 3 angeordnet
sind und ein Gehäuseunterteil 4,
das an einer oder mehreren Seite(n) Steckerbuchsen 5 mit
zahlreichen, vorzugsweise rechtwinklig nach oben in Richtung des
Gehäuseoberteils 1 gebogenen
Flachkontakt-Pins 6 aufweist. Das Gehäuseober- 1 und -unterteil 4 ist
abgedichtet miteinander verbunden, vorzugsweise mittels Schrauben 17 verschraubt.
Auf dem Gehäuse unterteil 4 ist
eine sockelförmige
Halterung 7, vorzugsweise zentriert angeordnet. Die sockelförmige Halterung 7 weist
eine Auflagefläche 8 sowie
eine sacklochartige Ausnehmung 9 auf, die nicht formschlüssig in
die Auflagefläche 8 übergeht,
sondern über
die Auflagefläche 8 hinaus
einen Einführstutzen 10 bildet.
In die sacklochartige Ausnehmung 9 ist ein Befestigungsmittel 11,
wie z. B. eine Schraube 11 eingeführt.
Über das
Befestigungsmittel 11 ist ein elektrischer Schaltungsträger 12,
der zwischen dem Gehäuseober-
und -unterteil 1, 4 gelagert ist, angeordnet.
Der elektrische Schaltungsträger 12 ist
mit konventionellen oder integrierten Bauelementen 13,
wie z. B. Spulen, Kondensatoren und ähnliches bestückt. Zur
vibrationssicheren und schwimmenden Lagerung ist ein erfindungsgemäßes Dämpfungselement,
das vorzugsweise als O-Ring 14 ausgebildet ist, zwischen
Schaltungsträger 12 und
sockelförmiger
Halterung 7 angeordnet. Durch das erfindungsgemäße Gummielement,
das vorzugsweise als O-Ring ausgebildet ist, und den Boden des Schaltungsträgers 12 wird
das Befestigungsmittel 11, das vorzugsweise als Schraube
mit einem länglichem
Gewindestück 15 und
einem Kopf 16 ausgebildet ist, in die sacklochartige Ausnehmung 9 der
sockelförmigen
Halterung 7 eingeführt.
Dabei weist der erfindungsgemäße O-Ring 14 einen
Innendurchmesser auf, der dem Außendurchmesser des Einführungsstutzens 10 der sacklochartigen
Ausnehmung 9 entspricht. Der Kopf 16 des Befestigungsmittels 11 weist
einen größeren Durchmesser
als das Gewindestück 15 auf
und lagert dadurch auf dem Boden des Schaltungsträgers 12 sowie
auf dem Einführstutzen 10 der
sacklochartigen Ausnehmung 9.
2 zeigt
das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Befestigungssystem nach 1 in
einem vergrößerten Ausschnitt.
Deutlich erkennbar ist, wie beim Verschrauben der O-Ring 14 zwischen
Gehäuseoberteil
und -unterteil 1, 4 und Schaltungsträger 12 verspannt
wird. Die Vorspannung wird vorzugsweise so hoch gewählt, dass
die Vibrationsanforderungen erfüllt
sind und die Relaxation des Kunststoffes ausgeglichen wird.
Zusätzlich kann
der Schaltungsträger 12 innerhalb
der Dichtkontur des Gehäuseober-
und -unterteils 1, 4 partiell eingeklemmt werden.
Dadurch wird eine zusätzliche
Fixierung des elektrischen Schaltungsträgers 12 erreicht.
Die Toleranzen bei der Montage können über bekannte
Dichtsysteme abgefangen werden.
Schließlich zeigt 3 die
Gehäuseverschraubung 17 nach 1 in
einem vergrößerten Ausschnitt.
Bei Bedarf können
Gehäuseoberteil-
und -unterteil 1, 4 außerhalb einer Dichtbahn miteinander mittels
Schrauben 17 verschraubt werden, wobei die Anpresskräfte über dem
bestückten
Schaltungsträger 12 innerhalb
des Dichtraums vom Gehäuseoberteil 1 über den
Schaltungsträger 12 zum
Gehäuseunterteil 4 oder
umgekehrt geleitet werden. In diesem Fall werden dadurch auch noch
die Montagekräfte des
Stecksystems aufgenommen und so von dem Dichtsystem ferngehalten.
Bei diesem Konzept ist trotz bzw. wegen des Verklemmens des elektrischen Schaltungsträgers 12 eine
Längenausdehnung
bei Temperaturänderung
in Bezug zu den Gehäuseteilen 1, 4 möglich.
Durch
das erfindungsgemäße Befestigungssystem
ergeben sich folgende Vorteile:
- – die Anzahl
der Befestigungen 11 kann bis auf eine reduziert werden;
- – das
verwendete Gummielement, vorzugsweise der O-Ring 14, stellt
ein kostengünstiges
Bauelement dar, das sowohl als Dämpfungs-
als auch als Ausgleichselement dienen kann; für das hier vorgestellte Befestigungssystem
können
aber auch Flachdichtungen und ähnliches
oder angespritzte Gummielemente verwendet werden. Die Auswahl des
Gummielements ist individuell und somit variabel an die baulichen
Bedingungen anpassbar.
- – durch
die schwimmende Lagerung des Schaltungsträgers 12 sind Probleme
hinsichtlich der Längenausdehnung
deutlich minimiert;
- – auf
zusätzliche
Fertigungsmittel bzw. aufwendige Fertigungsanlagen kann vorteilhaft
verzichtet werden;
- – die
Gehäusekomponenten 1, 4 müssen nicht – wie im
Stand der Technik – für die Verklebung
mit dem Schaltungsträger
in den Bestück-
und Lötprozess
eingeschleust werden;
- – schließlich bestehen
durch die Reduzierung der Bauelemente keine zusätzlichen Kosten in der Qualitätssicherung,
Lagerhaltung, Logistik und Disposition.
Die
Erfindung lässt
sich wie folgt zusammenfassen: Ein Gummielement, vorzugsweise ein O-Ring 14 ist
aus einem temperaturbeständigen
Material hergestellt und gestattet so vorteilhaft eine schwimmende
und vibrationssichere Lagerung eines elektrischen Schaltungsträger 12.
Der in den Figuren dargestellte erfindungsgemäße Aufbau eines Elektronikgerätes 1, 4 mit
erfindungsgemäß vibrationssicherer
Lagerung des elektrischen Schaltungsträgers 12 ist in vielfältigsten
Elektronikgeräten
einsetzbar, die ein Gehäuseteil
sowie ein mit elektronischen Bauelementen versehenen Schaltungsträger 12 wie
z. B. eine Leiterplatte aufweisen.
Die
vorliegende Erfindung erlaubt erstmals vorteilhaft die vibrationsdämpfende
Lagerung eines elektrischen Schaltungsträgers 12 mittels eines
temperaturbeständigen
Gummielements. Sie eignet sich daher insbesondere für Anwendungen
im Automobilbereich.