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Die
Erfindung betrifft ein Befestigungssystem für übereinander angeordnete Leiterplatten
in einem Elektronikgehäuse,
insbesondere für
den Automobilbereich.
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Aufgrund
steigender Anforderungen an die Funktionalität von elektronischen Steuergeräten im Bereich
des Motormanagements werden zunehmend Geräte mit mehreren Leiterplatten
konzipiert. Dabei treten hinsichtlich des mechanischen Designs zunehmend
widersprechende Anforderungen auf. Zum einen muss die Elektronik
gut gekühlt
werden, wodurch nur enge und wenig variable Spalte für eine thermische
Austauschschicht in Frage kommen. Zum anderen sollen die Leiterplatten
mechanisch nicht verbogen werden, um Zuverlässigkeitsprobleme aufgrund gebrochener
Bauelemente oder Verbindungen zwischen Bauelementen und Leiterplatten
zu vermeiden. Die gleichmäßigen Spalte
für eine
thermische Austauschschicht können
durch definierte Verschraubung der einzelnen Leiterplatten auf die
Wärmesenke
realisiert werden. Dadurch wird aber relativ viel Platz auf den
Leiterplatten für
die Befestigungselemente verbraucht. Weiter kommt es zu layouttechnischen
Einschränkungen
durch die zahlreichen großen
Durchbrüche
in den Leiterplatten. Reduziert man die Verbindungselemente, muss
man mit den verbleibenden beiden Leiterplatten gemeinsam befestigen. Dadurch
ergeben sich aber aufgrund diverser Toleranzketten unterschiedliche
Spalte und damit auch eine unterschiedliche thermische Wirksamkeit.
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Dazu
ist aus der
DE 101
34 562 A1 ein System zur elektrischen Kontaktierung und
mechanischen Befestigung von Leiterplatten bekannt, das wenigstens
ein Schneid- oder Schneidklemmelement zur Anbringung an der Unterseite
einer Leiterplatte und ein Befestigungselement an der Leiterplatte
aufweist. Um eine einfache und schnelle Montage bzw. Demontage zu
gewährleisten,
ist ein Träger
hinsichtlich wenigstens eines Leitungsdrahts derart fixiert, dass
bei der mechanischen Befestigung der Leiterplatte mit dem Träger mittels
des leiterplattenseitigen Befestigungselementes der Leitungsdraht
durch das Schneid- oder Schneidklemmelement an der Unterseite der
Leiterplatte direkt kontaktierbar ist.
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Nachteilig
am Stand der Technik ist, dass fest montierte Leiterplatten unter
Wärmeeinwirkung deformiert
werden, wodurch die elektrischen Komponenten auf der Leiterplatte
bzw. die elektrischen Kontaktierungen geschädigt werden können. Durch
die nicht spannungsfreie Lagerung der Leiterplatten bei Wärmeeinwirkung
ist es zu dem nicht möglich,
einen thermisch optimierten Aufbau mit definierten thermischen Austauschschichten
zu gewährleisten.
Hinzu kommt, dass der Bauraum auf der Leiterplatte durch die Verschraubungen
erheblich eingeschränkt
wird.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Befestigungssystem für übereinander
angeordnete Leiterplatten zu schaffen, das eine spannungsfreie Lagerung
der Leiterplatten ermöglicht,
dabei aber definierte Wärmeübergangsbereiche
ausbildet, und das wenig Bauraum auf der Leiterplatte benötigt.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Befestigungssystem mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination
miteinander eingesetzt werden können,
sind der Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Das
erfindungsgemäße Befestigungssystem für übereinander
angeordnete Leiterplatten in einem Elektronikgehäuse zeichnet sich dadurch aus,
dass eine Leiterplatte durch ein starres Befestigungsmittel am Elektronikgehäuse fixiert
ist und alle weiteren Leiterplatten durch federnde Befestigungsmittel
fixiert sind. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Befestigungssystems ermöglicht
eine sichere Positionierung der Leiterplatten aneinander, die außerhalb des
Gehäuses
vorgenommen werden kann, bevor die Leiterplatten durch das flexible
Federelement aufeinander zu bewegt und in das Elektronikgehäuse eingeschoben
werden. Vorzugsweise wird die Leiterplatte die dem Gehäuseboden
am nächsten
ist, durch starre Befestigungsmittel wie zum Beispiel Schrauben
fixiert. Die weiteren darüber
in Richtung Gehäusedeckel
angeordneten Leiterplatten können
dann durch federnde Befestigungsmittel positioniert werden. Das
erfindungsgemäße Befestigungssystem
ermöglicht
es, mehrere Leiterplatten übereinander
anzuordnen, wobei die Befestigungsmittel selber wenig Platz auf
der Leiterplatte benötigen.
Zudem ist es möglich,
die thermischen Austauschschichten zwischen Gehäusedeckel und Leiterplatten
optimal einzustellen.
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Vorzugsweise
ist das federnde Befestigungsmittel aus einem elektrisch leitenden
Material wie zum Beispiel Blech ausgebildet, so dass keine zusätzlichen
elektrischen Verbindungen zwischen den Leiterplatten ausgebildet
werden müssen.
Zudem ist Blech auch unempfindlich gegenüber Alterungsprozessen.
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Es
ist bevorzugt, dass das federnde Befestigungsmittel einen U-förmigen Mittelbereich
mit zwei parallel verlaufenden Seitenschenkeln und einem Basisschenkel
aufweist. Dieser Mittelbereich des federnden Befestigungsmittels
dient als Spielraum, der ausgenutzt wird, wenn die beiden Leiterplatten
beim Einschieben in das Elektronikgehäuse aufeinander zu bewegt werden.
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Es
ist von Vorteil, wenn jeweils an den Seitenschenkeln des U-förmigen Mittelbereichs
ein L-förmiger
Bereich angeformt ist, wobei die längeren L-Schenkel als Beabstandungselement
dienen und die kürzeren
L-Schenkel an der Oberseite der unteren Leiterplatte bzw. an der
Unterseite der oberen Leiterplatte anliegen. Die Ausformung des
erfindungsgemäßen federnden
Befestigungsmittels erfüllt somit
drei Funktionen. Der U-förmige Mittelbereich liefert
den Spielraum, um die übereinander
positionierten Leiterplatten problemlos in das Elektronikgehäuse einschieben
zu können.
Die längeren L-Schenkel
dienen als Abstandshalter und die kürzeren L-Schenkel dienen als
elektrische Verbindung zwischen den übereinander angeordneten Leiterplatten.
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Vorzugsweise
ist der zur federnd gelagerten Leiterplatte ausgebildete L-förmige Bereich
als Leiterplattenhalterung ausformt, so dass die federnd gelagerte
Leiterplatte positionssicher verankert ist und beim Einbau in das
Elektronikgehäuse
nicht verrutscht.
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Es
ist auch bevorzugt, dass federnde Befestigungsmittel als Elastomer-Feder
auszubilden. Die Elastomer-Feder bietet eine vibrationsdämpfende
sichere Lagerung der Leiterplatte. Elastomere sind formfeste, aber
elastisch verformbare Kunststoffe. In der Regel handelt es sich
bei Elastomeren um Polymere oder Polyadukte. Die Makromoleküle von Elastomeren
sind nur an einigen Stellen untereinander verbunden und bilden einen
weitmaschiges räumliches
Netz. Dadurch weisen sie eine hohe Elastizität auf. Die Kunststoffe können sich
bei Zug- und Druckbelastung
verformen, finden aber danach in ihre Ausgangsform zurück. Sie
können
also nicht dauerhaft plastisch verformt werden. Elastomere sind
nicht schmelzbar, d.h., auch bei höheren Temperaturen im Elektronikgehäuse sind
keine Alterungsprozesse oder Versprödungen zu erwarten.
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Es
ist bevorzugt, die Elastomer-Feder, in einer Halterung zu lagern.
Dadurch wird eine feste Fixierung der Elastomer-Feder geschaffen,
wodurch sich insgesamt ein stabiles, an individuelle Bedingungen
anpassbares, positionsfixiertes Befestigungssystem für übereinander
angeordnete Leiterplatte an einem Elektronikgehäuse ergibt.
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Die
vorliegende Erfindung schafft erstmals vorteilhaft ein Befestigungssystem
für übereinander angeordnete
Leiterplatten in einem Elektronikgehäuse, das eine spannungsfreie
Lagerung der Leiterplatten ermöglicht,
dabei aber definierte Wärmeübergangsbereiche
ausbildet, und das wenig Bauraum auf der Leiterplatte benötigt. Sie
eignet sich insbesondere für
den Automobilbereich.
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Weitere
Vorteile und Ausführungen
der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen sowie anhand
der Zeichnung erläutert.
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Dabei
zeigt schematisch:
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1 in
einer Schnittdarstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte
Befestigung für übereinander
angeordnete Leiterplatten;
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2 in
einer Schnittdarstellung eine weitere aus dem Stand der Technik
bekannte Befestigung für übereinander
angeordnete Leiterplatten;
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3 in
einer Schnittdarstellung eine weitere aus dem Stand der Technik
bekannte Befestigung für übereinander
angeordnete Leiterplatten;
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4 in
einer Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Befestigungssystems;
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5 in
einer Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Befestigungssystems;
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6 in
einer Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Befestigungssystems
im Elektronikgehäuse;
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7 in
einer Explosionsdarstellung ein Elektronikgehäuse mit Befestigungssystemen
nach 6;
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8 in
einer Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel das erfindungsgemäßen Befestigungssystems
im Elektronikgehäuse
und
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9 in
einer Explosionsdarstellung ein Elektronikgehäuse mit Befestigungssystem
nach 8.
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1 zeigt
in einer Schnittdarstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte
Befestigung 1a für übereinander
angeordnete Leiterplatten 2a, 3a in einem zweiteilig
ausgebildeten Elektronikgehäuse mit
Gehäuseboden 4a und
Gehäusedeckel 5a.
Dabei ist die Leiterplatte 2a über eine Schraube 6a am
Gehäusedeckel 5a befestigt.
Die Leiterplatte 3a ist über eine Schraube 7a,
die sowohl durch eine Durchtrittsöffnung 8a der Leiterplatte 2a als
auch durch die Leiterplatte 3a geführt ist, am Gehäusedeckel 5a fixiert. Durch
diese Anordnung ergeben sich zwischen den Leiterplatten 2a, 3a und
dem Gehäusede ckel 5a thermische
Zwischenschichten 9a. Die Schraube 7a weist einen
lang gestreckten Grundkörper
auf, der als Abstandshalter 10a dient.
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Nachteilig
hierbei ist, dass durch den Einbau der Schraube 7a auf
der Leiterplatte 2a der zu verwendende Bauraum auf der
Leiterplatte 2a erheblich eingeschränkt wird.
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2 zeigt
in einer Schnittdarstellung eine weitere aus dem Stand der Technik
bekannte Befestigung 1a für übereinander angeordnete Leiterplatten 2a, 3a in
einem zweiteilig ausgebildeten Elektronikgehäuse mit Gehäuseboden 4a und Gehäusedeckel 5a.
Dabei ist sowohl die Leiterplatte 2a als auch die Leiterplatte 3a über eine
Schraube 7a am Gehäusedeckel 5a fixiert,
die durch beide Leiterplatten 2a, 3a geführt ist
und somit auch als Abstandshalter 10a dient. Zwischen den
Leiterplatten 2a, 3a und dem Gehäusedeckel 5a befinden
sich thermische Zwischenschichten 9a, 9b, wobei
die Zwischenschicht 9a nicht definiert ausgebildet ist,
da keine spezielle Fixierung der Leiterplatte 2a am Gehäusedeckel 5a erfolgte.
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3 zeigt
in einer Schnittdarstellung eine weitere aus dem Stand der Technik
bekannte Befestigung übereinander
angeordneter Leiterplatten 2a, 3a in einem zweiteilig
ausgebildeten Elektronikgehäuse
mit Gehäuseboden 4a und
Gehäusedeckel 5a.
Sowohl die Leiterplatte 2a als auch die Leiterplatte 3a sind
durch gleichförmig
ausgebildete Schrauben 6a, 7a am Gehäusedeckel 5a befestigt.
Um eine definierte thermische Zwischenschicht 9a, 9b zwischen
den Leiterplatten 2a, 3a und dem Gehäusedeckel 5a zu
ermöglichen,
sind im Gehäusedeckel 5a Führungsstutzen 11a für die Schrauben 6a, 7a ausgeformt.
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Nachteilig
ist bei dieser Anordnung, dass die Leiterplatten 2a, 3a nacheinander
in das Elektronikgehäuse
eingelegt und verschraubt werden müssen und dass zusätzlich eine
elektrische Verbindung zwischen den Leiterplatten 2a, 3a geschaffen
werden muss.
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4 zeigt
in einer Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Befestigungssystems 1,
für übereinander
angeordnete Leiterplatten 2, 3 in einem vorzugsweise zweiteilig
ausgeformten Elektronikgehäuse
mit Gehäuseboden 4 und
Gehäusedeckel 5.
Das vorzugsweise mindestens zweiteilig ausgebildete Befestigungssystem 1 weist
ein starres Befestigungsmittel 6 wie zum Beispiel eine
Schraube und ein federndes, vorzugsweise aus einem thermisch und
elektrisch leitenden Material ausgebildetes Befestigungsmittel 7 wie
zum Beispiel eine Blechfeder auf. Das starre Befestigungsmittel 6 fixiert
vorzugsweise die Leiterplatte 2, die dem Gehäuseboden 4 am
nächsten
liegt, am Gehäusedeckel 5.
Das federnde Befestigungsmittel 7 ist vorzugsweise einteilig
ausgeformt und weist einen federartig ausgebildeten Bereich 8 und
einen als Abstandshalter dienenden Bereich 9 auf. Durch
die Funktion des Abstandshalters wird eine definierte thermische
Zwischenschicht 10 zwischen Leiterplatte 4 und
Gehäusedeckel 5 ausgebildet.
Durch die Anpresskraft der Federwirkung des federnden Befestigungsmittels 7 wird
auch eine definierte thermische Zwischenschicht 11 zwischen
der Leiterplatte 3 und dem Gehäusedeckel 5 geschaffen.
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5 zeigt
in einer Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Befestigungssystems 1 für übereinander
angeordnete Leiterplatten 2, 3 in einem vorzugsweise zweiteilig
ausgeformten Elektronikgehäuse
mit Gehäuseboden 4 und
Gehäusedeckel 5. 5 zeigt
als neuen Aspekt, dass die zwischen Leiterplatte 2 und Gehäusedeckel 5 angeordnete
thermische Zwischenschicht 10 durch die Ausformung des
Abstandshalters 9, 9' des federnden Befestigungsmittels 7 um die
Zwischenschicht 10' erweitert
werden kann, wenn besondere Bedingungen im Elektronikgehäuse dies
erfordern.
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6 zeigt
in einer Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Befestigungssystems 1 in
einem Elektronikgehäuse.
Das federnde Befestigungsmittel 7 weist einen U-förmigen Mittelbereich 12 mit
zwei parallel zueinander verlaufenden Seitenschenkeln 13 und
einem Basisschenkel 14 auf. An die Seitenschenkel 13 sind
L-förmige
Bereiche 15, 16 an den U-förmigen Mittelbereich 12 angeformt.
Dabei dienen die parallel zur Gehäusedeckelseitenwand 17 verlaufenden Schenkel 18, 19 der
L-förmigen
Bereiche 15, 16 als Abstandshalter. Die quer zur
Gehäusedeckelseitenwand 17 und
damit parallel zu den Leiterplatten 2, 3 verlaufenden
Schenkel 20, 21 ermöglichen die elektrische Verbindung
zwischen den übereinander
angeordneten Leiterplatten 2, 3. Vorzugsweise
kann eine Leiterplattenhalterung 22 an den Schenkel 18 angeformt
sein, die vorzugsweise U-förmig
ausgebildet ist und die Leiterplatte 3 fest positioniert.
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7 zeigt
in einer Explosionsdarstellung ein Elektronikgehäuse mit erfindungsgemäßem Befestigungssystem 1 nach 6.
Dargestellt ist der Gehäuseboden 4 sowie
der Gehäusedeckel 5 des Elektronikgehäuses mit übereinander
angeordneten Leiterplatten 2, 3, die durch die
federnden Befestigungsmittel 7 aneinander positioniert
werden.
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8 zeigt
in einer Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Befestigungssystems 1.
Das vorzugsweise mindestens zweiteilig ausgebildete Befestigungssystem 1 weist
einen federndes Befestigungsmittel 7, das als Elastomer-Feder
ausgebildet ist, und ein starres Befestigungsmittel 6 auf,
das als Halterung für
die Elastomer-Feder dient. Das federnde Befestigungsmittel 7 ist
vorzugsweise blockartig ausgeformt, wobei die Eckelemente des Blocks
entfernt wurden, um die Positionierung der Elastomer-Feder in der
Halterung bzw. an der Leiterplatte 6 zu vereinfachen. Die
Blockober- bzw. unterseite weist somit eine lippenartige Ausbildung 23 auf,
die das Einführen
des Blocks in die Halterung erleichtert.
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9 zeigt
in einer Explosionsdarstellung ein Elektronikgehäuse mit Befestigungssystem
nach 8. Dargestellt ist der Gehäuseboden 4 sowie der Gehäusedeckel 5 des
Elektronikgehäuses
mit übereinander
angeordneten Leiterplatten 2, 3. Das erfindungsgemäße Befestigungssystem 1 ist
hier als blockartige Elastomer-Feder mit Halterung ausgebildet, die
als starres Befestigungsmittel dient und die die feste Positionierung
der Feder 7 ermöglicht.
-
Die
vorliegende Erfindung schafft erstmals vorteilhaft ein Befestigungssystem 1 für übereinander
angeordnete Leiterplatten 2, 3 in einem Elektronikgehäuse, das
eine spannungsfreie Lagerung der Leiterplatten 2, 3 ermöglicht,
dabei aber definierte Wärmeübergangsbereiche
ausbildet und das wenig Bauraum auf der Leiterplatte benötigt. Sie
eignet sich insbesondere für
den Automobilbereich.