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Die
Erfindung betrifft ein Fixierungselement für eine Mehrzahl
von übereinander angeordneten mit elektrischen Komponenten
bestückten Leiterplatten, die in einer Gehäuseanordnung
zur Aufnahme der Leiterplatten fixiert sind.
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Auf
Grund 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 Spalten für
eine thermische Austauschschicht in Frage kommen. Zum anderen sollen
die Leiterplatten mechanisch nicht verbogen werden, um Zuverlässigkeitsprobleme
auf Grund gebrochener Bauelemente oder Verbindungen zwischen Bauelementen
und Leiterplatten zu vermeiden. Gleichmäßige Spalten
für eine thermische Austauschschicht können durch
definierte Verschraubung der einzelnen Leiterplatten auf die Wärmesenke
realisiert werden. Dadurch wird jedoch 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 Anzahl der Verbindungselemente, dann ist es unumgänglich,
dass mit einem Verbindungselement mehrere Leiterplatten befestigt
werden. Dadurch ergeben sich aber auf Grund diverser Toleranzketten unterschiedliche
Spalten und damit auch eine unterschiedliche thermische Wirksamkeit.
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Aus
dem Bereich der Kraftfahrzeugelektronik sind Steuergeräte
zur Steuerung von elektrischen und elektronischen Fahrzeugkomponenten
(z. B. Motorsteuergeräte) bekannt, bei welchen aus Platzgründen
zwei Leiterplatten übereinander angeordnet und durch elektrische
Verbindungsmittel elektrisch miteinander verbunden in einem Gehäuse
aufgenommen sind.
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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 Schneid-Klemmelement 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
Schneid-Klemmelement 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 Leiterplatte bei Wärmeeinwirkung ist es zudem
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 Fixierungselement für eine Mehrzahl von übereinander
angeordneten mit elektrischen Komponenten bestückten Leiterplatten
zu schaffen, das eine spannungsfreie Lagerung der Leiterplatten
ermöglicht, dabei aber definierte Wärmeübergangsbereiche
ausbildet und wenig Bauraum auf der Leiterplatte benötigt.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Fixierungselement mit dem Merkmal 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 Fixierungselement für
eine Mehrzahl von übereinander angeordneten mit elektrischen
Komponenten bestückten Leiterplatten, die in einer Gehäuseanordnung
zur Aufnahme der Leiterplatten fixiert sind, zeichnet sich dadurch aus,
dass das Fixierungselement als spreizende Funktionsgruppe ausgebildet
ist. Die spreizende Funktionsgruppe kann sowohl als starres Bauelement
beispielsweise in Form eines Schraub- oder Steckelements als auch
als flexibles, verformbares Bauelement in Form eines elastischen
Federelements ausgebildet sein. Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass die elektrisch und mechanisch verbundenen Leiterplatten
in den Gehäusedeckel auf eine dort vorgesehene Kühlfläche
eingelegt werden. Danach wird der Gehäuseboden, der ebenfalls
eine Kühlfläche aufweist, auf die obere der beiden
Leiterplatten gelegt. Anschließend wird ein Befestigungsmittel
vorzugsweise mit Schraubmechanismus beispielsweise eine Schraube, über
eine Öffnung im Gehäuseboden eingeführt
und im folgenden durch die obere Leiterplatte und das Gewindeelement
verschraubt. Der Schraubvorgang wird weitergeführt, bis
entweder die Schraube auf die Unterseite der unteren Leiterplatte
drückt oder die Schraube ein Druckelement erreicht und
dadurch die untere Leiterplatte an eine vorgesehene Kühlfläche
des Gehäusedeckels anpresst.
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Erfindungsgemäß kann
jedoch auch vorgesehen sein, dass eine Gewindehülse unterseitig
an der unteren Leiterplatte fixiert ist. In der Gewindehülse
befindet sich ein Gewindebolzen. Die Baugruppe aus übereinander
angeordneten Leiterplatten inklusive der spreizenden Funktionsgruppe,
also der Gewindehülse und des Gewindebolzens wird in den
Gehäusedeckel eingelegt und mit dem Gehäuseboden verschlossen.
Danach wird von außen der Gewindebolzen über eine Öffnung
im Gehäuseboden so verschraubt, dass sich dieser nach oben
bewegt und dadurch die beiden Platinen gegen die Gehäuseteile gepresst
werden.
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Durch
die direkte Fixierung des Gewindeelements an eine Platine wird kein
Verbindungsrahmen für die Hülsen benötigt.
Dadurch wird weiterer Platz auf der Platine für die Platzierung der
elektrischen Komponenten geschaffen. Des Weiteren ist eine Abführung
der Verlustleistung über beide Gehäuseteile möglich,
wodurch die Platinen und somit Komponenten und Lötstellen
besser gekühlt werden. Voraussetzung dafür ist,
dass auf die Platinen genügend Druck ausgeübt
wird und dadurch eine optimale thermische Anbindung gewährleistet
ist.
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Diese
Ausführungsformen bieten den Vorteil, dass die Positionsabhängigkeit
dadurch verringert wurde, dass hier mit dem Schraubwerkzeug direkt auf
den Gewindebolzen zugegriffen werden kann. Ein weiterer Vorteil
besteht darin, dass keine Schraubenzuführung benötigt
wird. Die Platine wird durch diese Lösung beim Verspreizprozess
nicht mehr verbogen, da die Normalkraft des Schraubwerkzeugs direkt
auf den Gewindebolzen gebracht wird. Dadurch wird ein Brechen von
Lötstellen oder elektrischen Komponenten verhindert. Die
Anbindung der oberen Leiterplatte an den Gehäuseboden bzw.
die Anbindung der unteren Leiterplatte an den Gehäusedeckel führt
dazu, dass keine treppenförmige Anordnung der Leiterplatten
benötigt wird und somit beide Leiterplatten annähernd
gleich groß gestaltet werden können. Dadurch steht
mehr Platinenfläche für die Platzierung elektrischer
Komponenten zur Verfügung. Ein weiterer Vorteil ist auch
darin zu sehen, dass in der unteren Platine, die am Gehäusedeckel
befestigt wird, keine Löcher für eine Schraubverbindung
eingebracht werden müssen. Lediglich die Unterseite der
Leiterplatte wird an dieser Stelle für das Druckaufnahmeelement
verwendet.
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Alternativ
kann als spreizende Funktionsgruppe auch ein Federelement verwendet
werden, das die übereinander angeordneten Leiterplatten auseinander
drückt, so dass sie in der vorzugsweise zweiteilig ausgeformten
Gehäuseanordnung an den entsprechenden Gehäuseteilen,
insbesondere dem Gehäusedeckel und dem Gehäuseboden
eng anliegen.
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Die
Höhentoleranzen der Kühlflächen, der Platinen
und des Gewindeelements werden über eine Dichtung ausgeglichen.
Zudem lässt sich in vorteilhafter Weise das komplette elektrische
System auf seine Funktionsfähigkeit testen, noch bevor
es im Gehäuse montiert wird. Dadurch ist während
der Fertigung eine einfachere Reparatur oder Beseitigung von Fehlern
möglich.
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Weitere
Vorteile und Ausführungen der Erfindung werden anhand von
Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung erläutert.
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Dabei
zeigt schematisch:
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1 in
einer Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Fixierungselements mit
einem starren Bauelement als spreizende Funktionsgruppe;
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2 in
einer Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Fixierungselements mit einem
starren Bauelement als spreizende Funktionsgruppe;
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3 in
einer Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Fixierungselements mit einem
verformbaren Bauelement als spreizende Funktionsgruppe.
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1 zeigt
in einer Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Fixierungselements 1 für übereinander
angeordnete Leiterplatten 2, 3 in einem vorzugsweise
zweiteilig ausgebildeten Elektronikgehäuse mit Gehäuseboden 4 und
Gehäusedeckel 5. Zwischen den Leiterplatten 2, 3,
die vorzugsweise das gleiche Format aufweisen und deckungsgleich übereinander
angeordnet sind, ist ein Durchsteckelement 6, vorzugsweise
ein Gewindeelement, das auch als Distanzhülse zwischen den
Leiterplatten 2, 3 ausgeformt sein kann, angeordnet.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die elektrisch
und mechanisch verbundenen Leiterplatten 2, 3 in
den Gehäusedeckel 5 auf eine dort angeordnete
Kühlfläche 7 eingelegt werden. Danach
wird der Gehäuseboden 4 mit einer Kühlfläche 8 auf
die Leiterplatte 2 gelegt. Anschließend wird ein
Befestigungsmittel 9 vorzugsweise ein Schraub- oder Steckelement über
ein Durchgriffsloch 10 im Gehäuseboden 4 eingeführt
und an der Leiterplatte 2 durch das Durchsteckelement 6 befestigt,
bis es auf ein unterseitig an der Leiterplatte 3 angeordnetes
Druckaufnahmeelement 14 anstößt. Dazu
ist in der Leiterplatte 2 deckungsgleich zum Durchsteckelement 6 das Durchgriffsloch 10 fortgeführt,
um das Befestigungsmittel 9 durch die Leiterplatte 2 hindurchführen
zu können. Um die Höhentoleranzen der Kühlflächen 7, 8,
der Leiterplatten 2, 3 und des Durchsteckelements 6 auszugleichen,
ist eine Dichtung 11 in diesen Bereichen angeordnet.
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2 zeigt
in einer Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Fixierungselements 1 mit
einem starren Bauelement als spreizende Funktionsgruppe. Erfindungsgemäß ist
hier ein Hülsenelement 12 auf der Unterseite der
Leiterplatte 3 angeordnet. Im Hülsenelement 14 befindet
sich das Befestigungsmittel 9 hier in Form eines Gewindebolzens.
Die Baugruppe bestehend aus den Leiterplatten 2, 3 und
der spreizenden Funktionsgruppe aus Hülsenelement 12 und
Befestigungsmittel 9 in Form eines Gewindebolzens wird
in den Gehäusedeckel 5 eingelegt und mit dem Gehäuseboden 4 verschlossen.
Danach wird der Gewindebolzen von außen über ein
Durchgriffsloch 10 im Gehäuseboden 4 verschraubt,
so dass sich dieser nach oben bewegt und somit die beiden Leiterplatten 2, 3 gegen beide
Gehäuseteile verpresst.
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3 zeigt
in einer Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Fixierungselements 1 mit
einem verformbaren Bauelement als spreizende Funktionsgruppe. In
dieser bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, die
Leiterplatte 2, 3 mittels eines elastischen Federelements 13 an
die entsprechende Kühlflächen 7, 8 des
Gehäusebodens 4 bzw. des Gehäusedeckels 5 zu
drücken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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