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Die Erfindung betrifft eine elektronische Baueinheit mit einem Gehäuse mit einer offenen Seite, welche durch ein als Deckel wirkendes Bauteil verschlossen ist, einem Kühlkörper, über den Wärme aus dem Gehäuse abführbar ist, einer Leiterplatte, die auf einer Kontaktfläche des Kühlkörpers in dem Gehäuse angeordnet ist und über die offene Seite des Gehäuses in das Gehäuse eingesetzt ist, elektronischen Schaltungsbausteinen, die auf der Leiterplatte angeordnet sind und einem Steckerteil, welches elektrisch mit den Schaltungsbausteinen auf der Leiterplatte verbunden ist.
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Derartige elektronische Baueinheiten werden in einer Vielzahl von Anwendungen genutzt. Sie können als Steuervorrichtungen zur Ansteuerung von Pumpen oder Aktuatoren oder anderen elektromotorisch angetriebenen Komponenten verwendet werden. Dabei dient der Kühlkörper zur Abführung der Wärme aus dem Gehäuse, welche insbesondere in den Leistungsbauteilen der Baueinheit entsteht und zu einer Überhitzung der elektronischen Bauteile führen kann.
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Bekannt sind vor allem elektronische Baueinheiten, deren Gehäuse nach oben offen sind, so dass die Platine in Richtung einer Normalen auf die durch die Platine aufgespannten Ebene in das Gehäuse eingesetzt werden kann.
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Eine derartige elektronische Vorrichtung ist beispielsweise aus der
EP 1 006 766 A2 bekannt. Hierin wird ein elektrisches Steuergerät aus Kraftfahrzeugen beschrieben, bei dem eine Leiterplatte mittels Schrauben auf einem Kühlkörper befestigt wird, der Teil eines die Platine umgebenden Gehäuses ist, welches durch einen Deckel verschlossen wird. Die Leiterplatte wird dabei von der durch den Deckel verschlossenen Seite in das Gehäuse eingesetzt und am Kühlkörper verschraubt. Ein Steckerteil ist einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet und weist Kontaktpins auf, die beim Einsetzen der Platine in entsprechende Öffnungen der Platine ragen und dort verlötet werden müssen. Ein derartiges nachfolgendes Verlöten kann jedoch zu Fehlern bei der Kontaktierung führen.
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Dieser Nachteil wird durch eine Steuereinrichtung vermieden, wie sie in der
DE 199 55 589 A1 offenbart wird. Hierin wird eine elektronische Steuereinrichtung beschrieben, bei der ein Steckerteil seitlich an einer Leiterplatte befestigt ist und mit der Platine von der Seite in ein Gehäuse eingesetzt wird. Hierzu ist im Gehäuse eine Führungsstruktur ausgebildet. Wie ein dichter Verschluss zwischen Gehäuse und Stecker nach dem Einschieben verwirklicht werden kann, wird nicht offenbart. Des Weiteren ist es mit dieser Anordnung nicht möglich, eine ausreichende Kontaktierung zu einem Kühlkörper herzustellen, da die Platine parallel zum Kühlkörper eingeschoben würde und somit auf der Kühlfläche beim Einschieben entlang gleiten müsste. Dies könnte jedoch zu Beschädigungen der elektrischen Kontakte und Leiterbahnen führen. Des Weiteren würde ein auf die Kühlfläche oder die Platine aufgebrachter Kontaktkleber beim seitlichen Einschieben unkontrolliert verschmiert.
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Es stellt sich daher die Aufgabe, eine elektronische Baueinheit bereitzustellen, mittels derer eine ausreichende Wärmeabfuhr in die Gehäuseumgebung sichergestellt werden kann und gleichzeitig das Steckerteil an der Leiterplatte vormontiert werden kann und gemeinsam mit dieser in das Gehäuse eingesteckt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine elektronische Baueinheit mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs gelöst.
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Dadurch, dass die Kontaktfläche des Kühlkörpers und eine durch die Leiterplatte aufgespannte Erstreckungsebene zur Einschubrichtung der Leiterplatte beim Einstecken zumindest unmittelbar vor einer Berührung zwischen der Leiterplatte und der Kontaktfläche schräg angeordnet sind, kann eine gute Kontaktierung der Leiterplatte zum Kühlkörper hergestellt werden und somit der Wärmetransport zur Gehäuseumgebung deutlich gesteigert werden, da ein gerades Auftreffen ohne Scherbewegung zwischen Leiterplatte und Kontaktfläche vorliegt.
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Indem das Steckerteil an der Leiterplatte befestigt ist und mit der Leiterplatte von der offenen Seite des Gehäuses in das Gehäuse gegen die Kontaktfläche des Kühlkörpers einschiebbar ist, wird gleichzeitig eine Vormontage des Steckerteils an der Platine ermöglicht, wodurch die Montage deutlich erleichtert wird und Dichtungsflächen verringert werden, da ein seitliches Einschieben möglich wird.
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In einer bevorzugten Ausführung weist das Steckerteil eine sich senkrecht zu Kontaktpins des Steckerteils erstreckende Platte auf, welche das als Deckel wirkende Bauteil zum Verschluss der offenen Seite des Gehäuses ist, wobei die Platte in einem Winkel zwischen 45° und 85° zur Leiterplatte angeordnet ist. So kann ohne zusätzliche Bauteile durch das Einstecken der Leiterplatte mit dem Steckerteil und der Platte ein Verschluss des Gehäuses erreicht werden.
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Vorzugsweise ist zwischen der Kontaktfläche des Kühlkörpers und der Leiterplatte ein Kleber oder eine Paste angeordnet. Diese sorgt einerseits für eine Fixierung der Leiterplatte auf dem Kühlkörper und andererseits für eine Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit von der Leiterplatte zum Kühlkörper durch die großflächige feste Anbindung bei hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, Schaltungsbausteine zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit im Bereich des Steckerteils auf der zum Kühlkörper gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte anzuordnen. Diese Bauteile sind normalerweise in ihren Ausmaßen relativ groß. Dennoch muss der benötigte Bauraum nicht vergrößert werden, da diese Bauteile bei der schrägen Anordnung der Leiterplatte in dem Bereich angeordnet sind, in dem mehr Raum innerhalb des Gehäuses zur Verfügung steht. Zusätzlich ist die Wirkung dieser Bauteile zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit im Bereich des Steckers besser.
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In einer weiterführenden Ausführung kann das Gehäuse an seiner zum Kühlkörper gegenüberliegenden Seite Öffnungen aufweisen, die über Deckel mit umlaufenden Dichtungen verschließbar sind. Diese können beispielsweise genutzt werden, um Programmierzugänge auf der Leiterplattenoberfläche erreichbar zu machen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Leiterplatte und das Steckerteil an einem Rahmen befestigt. Dieser dient zur Lagefixierung der Leiterplatte zum Steckerteil und dieser Baueinheit im Gehäuse, wodurch die Montage vereinfacht wird und die mechanische Belastung der Leiterplatte sowie der elektrischen Anschlüsse zum Steckerteil beim Einstecken reduziert werden.
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Vorzugsweise sind das Steckerteil und der Rahmen einteilig im Spritzgussverfahren hergestellt, wodurch eine weitere Vereinfachung der Herstellung und Montage erreicht wird und Toleranzfehler durch ungenaue Positionierung der Einzelteile zueinander ausgeschlossen werden.
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In einer hierzu weiterführenden Ausführung ist auch die als Deckel dienende Platte Teil des Rahmens, so dass weitere Herstellungs- und Montageschritte entfallen.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, im Gehäuse eine Führung auszubilden, über die der Rahmen in das Gehäuse einschiebbar ist. Ein Verklemmen oder Verkanten der Platine beziehungsweise des Rahmens bei der Montage kann hierdurch zuverlässig vermieden werden. Auch wird eine definierte Positionierung sichergestellt.
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Vorzugsweise ist die Leiterplatte in den Rahmen eingeklipst. Dies ist eine besonders einfache und zuverlässige Art der Befestigung, welche dennoch besonders einfach durchzuführen ist.
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Weiterhin ist vorteilhafterweise im Rahmen ein Stanzgitter ausgebildet, welches die Kontaktpins des Steckerteils sowie deren elektrische Kontaktierungen zur Leiterplatte enthält. Dies vereinfacht den Herstellungsprozess der Baueinheit zusätzlich, da ein Verlegen der Leitungen und anschließendes Kontaktieren entfällt.
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Um zusätzlich das Gehäuseinnere zum Gehäuseäußeren auf besonders einfache Weise abzudichten, ist am Rahmen eine umlaufende Dichtung angebracht. Somit entsteht eine Abdichtung der offenen Seite des Gehäuses beim Einschieben der Einheit, welche aus Platte, Steckerteil und Platine besteht.
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Es wird somit eine elektronische Baueinheit geschaffen, welche vor Überhitzung geschützt ist, da eine zuverlässige Anbindung der thermisch belasteten Leiterplatte an den Kühlkörper sichergestellt ist und gleichzeitig einfach zu montieren ist, da das Steckerteil an der Leiterplatte vormontiert werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektronischen Baueinheit ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen elektronischen Baueinheit in schematischer Darstellung.
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2 zeigt eine Seitenansicht einer vormontierten Einheit der elektronischen Baueinheit aus 1 in schematischer Darstellung.
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3 zeigt eine Seitenansicht eines Rahmens mit Steckerteil der elektronischen Baueinheit aus 1 in schematischer Darstellung.
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Die erfindungsgemäße elektronische Baueinheit besteht aus einer Leiterplatte 2, auf der elektronische Schaltungsbausteine 4 angeordnet sind. Die Schaltungsbausteine 4 sind über nicht dargestellte Leitungen auf der Leiterplatte 2 sowie ein Stanzgitter 6 mit einem Steckerteil 8 elektrisch verbunden, wobei die aus dem Steckerteil 8 ragenden Endstücke des Stanzgitters 6 als Kontaktpins 10 für ein korrespondierendes Steckerteil dienen.
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Die Stanzgitter 6 sind, wie in 3 zu erkennen ist, fest in einem Rahmen 12 angeordnet, der aus Kunststoff ist und beispielsweise nach Einlegen der Stanzgitter 6 in eine entsprechende Form im Spritzgussverfahren hergestellt wird. Auch ist das Steckerteil 8 einstückig mit dem Rahmen 12 hergestellt. Senkrecht zu den Kontaktpins 10 des Steckerteils 8 erstreckt sich unmittelbar hinter dem Steckerteil 8 eine Platte 14 am Rahmen 12. An der zum Steckerteil 8 entgegengesetzten Seite der Platte 14 befindet sich eine umlaufende Dichtung 16, welche nach dem Einbau des Rahmens 12 in ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 18 von Innen gegen die Wände 20 des Gehäuses 18 anliegt, während die Platte 14 in diesem montierten Zustand gegen die eine offene Seite 22 begrenzenden Enden der Wände 20 des Gehäuses 18 anliegt und dort als Deckel wirkt.
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Der Rahmen 12 weist des Weiteren eine Befestigungsebene für die Leiterplatte 2 auf, welche im eingebauten Zustand der Leiterplatte 2 einer Erstreckungsebene der Leiterplatte 2 entspricht und in einem Winkel von ca. 15–20° zur Erstreckungsrichtung der Kontaktpins 10 im Steckerteil 8 beziehungsweise in einem Winkel von ca. 70–75° zur Platte 14 angeordnet ist. Die Erstreckungsrichtung der Kontaktpins 10 im Steckerteil 8 entspricht im vorliegenden Fall einer durch einen Pfeil in 1 dargestellten Einschubrichtung 24 des Rahmens 12 beziehungsweise der Leiterplatte 2 in das Gehäuse 18.
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Die Leiterplatte 2 wird am Rahmen 12 mittels einer Klipsverbindung befestigt. Dies erfolgt über Rastnasen 26, die am Rahmen 12 ausgebildet sind. Beim Einrasten der Leiterplatte 2 unter den Rastnasen 26 entsteht auch die Kontaktierung der Leiterplatte 2 zum Stanzgitter 6.
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Wie bereits erwähnt, wird der Rahmen 12 mit der daran befestigten Leiterplatte 2 von der offenen Seite 22 in ein Gehäuse 18 geschoben. An diesem Gehäuse 18 ist ein berippter Kühlkörper 28 angeordnet, der vorzugsweise aus einem gut Wärme leitenden Metall hergestellt ist. Dieser Kühlkörper 28 weist eine Kontaktfläche 30 auf, welche zu den die offene Seite 22 des Gehäuses 18 begrenzenden Enden der Wände 20 im gleichen Winkel angestellt ist, wie die Leiterplatte 2 zur als Deckel wirkenden Platte 14. Daraus folgt, dass die Leiterplatte 2 in ihrer Endlage flächig auf der Kontaktfläche 30 des Kühlkörpers 28 aufliegt, wobei die elektronischen Schaltungsbausteine 4 an der zum Kühlkörper 28 entgegengesetzten Seite der Leiterplatte 2 angeordnet sind. Diese Auflage entsteht jedoch aufgrund dieses Anstellwinkels erst unmittelbar vor Erreichen der Endstellung der Leiterplatte 2 auf der Kontaktfläche 30 beim Einschieben des Rahmens 12.
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In 1 ist diese Endlage ersichtlich. Das Gehäuse 18 weist zusätzlich zu der offenen Seite 22, von der aus der Rahmen 12 in das Gehäuse 18 eingeschoben werden kann an seiner zum Kühlkörper 28 gegenüberliegenden Seite eine weitere Öffnung 32 auf, über die gegebenenfalls vorhandene Programmierschnittstellen auf der Leiterplatte 2 auch nach dem Einbau noch erreichbar sind. Diese Öffnung wird über einen Deckel 34 unter Zwischenlage einer umlaufenden Dichtung 36 verschlossen.
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Der Herstellungs- und Montageprozess erfolgt, indem zunächst die Leiterplatte 2 mit den elektronischen Schaltungsbausteinen 4 sowie Schaltungsbausteinen 38 zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit bestückt wird und der Rahmen 12 mit dem Stanzgitter 6, der Platte 14 und dem Steckerteil 8 spritzgegossen wird. Die Dichtung 16 kann anschließend alternativ entweder aufgespritzt oder eingelegt werden. Auch ein Abdichten durch Klebung ist möglich.
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Im Folgenden wird die Leiterplatte 2 derart in den Rahmen 12 eingeklipst, dass eine Kontaktierung zum Stanzgitter 6 entsteht, wobei die Schaltungsbausteine 38, welche üblicherweise relativ großen Bauraum benötigen, im Bereich unmittelbar hinter dem Steckerteil 8 zu liegen kommen, wodurch diese trotz des Anstellwinkels der Leiterplatte 2 zur späteren Einschubrichtung 24 nicht über die Außenabmessungen des Rahmens 12 hervorstehen. Die Leiterplatte 2 kann zusätzlich über selektive Lötstellen mit dem Rahmen 12 zusätzlich verbunden werden.
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Anschließend wird auf die zu den Schaltungsbausteinen 4, 38 gegenüberliegende Seite der Leiterplatte 2 ein Kleber 40 oder eine Paste aufgebracht, welche einen hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist. Daraufhin wird der Rahmen 12 mit der Leiterplatte 2 in Einschubrichtung 24 von der offenen Seite 22 in das Gehäuse 18 eingeschoben. Hierzu ist im Gehäuse 18 eine nicht dargestellte Führung ausgebildet, welche beispielsweise in Form einer sich in Einschubrichtung erstreckenden Nut ausgebildet werden kann, welche mit einem entsprechenden Vorsprung des Rahmens 12 korrespondiert. Der Einschub erfolgt bis gleichzeitig ein Kontakt zwischen der Unterseite der Leiterplatte 2, auf der der Kleber 40 aufgebracht ist, und der Kontaktfläche 30 des Kühlkörpers 28 sowie zwischen der Platte 14 und den Enden der Wände 20 entsteht. Dieser Zustand entspricht der Endlage des Rahmens 12 im Gehäuse 18. In dieser Endlage entsteht durch die Kontaktierung zwischen Leiterplatte 2 und Kühlkörper 28 eine Klebekraft des Klebers 40, so dass eine wärmeleitende feste Verbindung zwischen Kühlkörper 28 und Leiterplatte 2 entsteht. Gleichzeitig liegt die Dichtung 16 gegen die Wände 20 von innen an, so dass in dieser Richtung eine Abdichtung zwischen einem Inneren 42 des Gehäuses und einem Äußeren entsteht. Die Platte 14 kann zur weiteren Befestigung des Rahmens 12 im Gehäuse 18 am Gehäuse 18 verschraubt werden. Zusätzlich kann auch über die Öffnung 32 eine Verschraubung zwischen Leiterplatte 2 und Kühlkörper 28 erfolgen. Nach dem Einsetzen der Dichtung 36 um die Öffnung 32 wird diese durch den Deckel 34 verschlossen, der ebenfalls mittels Schrauben befestigt werden kann.
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Diese elektronische Baueinheit weist einen sehr guten Wärmeleitkontakt zwischen den Wärme erzeugenden Schaltungsbausteinen, 4, 38 und dem Kühlkörper auf, so dass eine Schädigung der Schaltung durch thermische Überlastung weitestgehend ausgeschlossen ist. Dies wird bei gleichzeitiger Montage des dicht ausgeführten und vormontierten Steckerteils gewährleistet, indem durch eine schräge Anordnung beziehungsweise Ausbildung des Kühlkörpers und der Leiterplatte trotz eines seitlichen Einschiebens erst eine späte Kontaktierung zwischen den beiden Bauteilen erfolgt. Eine Scherbewegung zwischen der Kontaktfläche des Kühlkörpers und der Leiterplatte wird erfindungsgemäß durch die schräge Anordnung der Leiterplatte und der Kontaktfläche zur Einschubrichtung gewährleistet. Diese Baueinheit ist einfach herzustellen und zu montieren.
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Es sollte deutlich sein, dass verschiedene konstruktive Änderungen innerhalb des Schutzbereiches des Hauptanspruchs im Vergleich zum beschriebenen Ausführungsbeispiel denkbar sind. Insbesondere die Anordnung von Öffnungen des Gehäuses, die Ausführung der Leiterplatte oder deren Anbindung an das Steckerteil ist auf unterschiedliche Weise ausführbar. Auch ist der Anstellwinkel unterschiedlich groß wählbar. Des Weiteren könnte die Leiterplatte und die Kontaktfläche im Wesentlichen senkrecht zum Deckel angeordnet werden, wenn gleichzeitig der letzte Abschnitt beim Einschieben der Leiterplatte wiederum schräg zur Kontaktfläche angeordnet ist, so dass wiederum ein Abscheren zuvor aufgebrachter Kontaktpaste vermieden wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1006766 A2 [0004]
- DE 19955589 A1 [0005]
