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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet elektrischer Geräte, insbesondere Steuergeräte, und Gehäuse für diese. Im Speziellen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Anordnung zur Fixierung eines elektrischen Geräts innerhalb eines Gehäuses. Das elektrische Gerät bzw. Steuergerät umfasst eine auf einer Trägerplatte angeordnete elektronische Schaltung. Weiter bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf ein zugehöriges Gehäuse sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses.
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Elektrische Geräte, insbesondere Steuergeräte, sind üblicherweise elektronische Module, die überwiegend an Orten eingebaut werden, an welchen etwas gesteuert oder geregelt werden muss. Insbesondere in der Automobilindustrie werden elektrische Geräte bzw. Steuergeräte in vielen elektronischen Bereichen eingesetzt, wie z.B. zur Steuerung von Motoren und/oder Getriebe, für das Antiblockiersystem (ABS), für die elektronische Stabilisierungskontrolle, etc. Auch für diverse andere Funktionen wie z.B. Steuerung des Airbags, Tachometer, Drehzahlmessung, Tankstandsmessung und diverse andere Anzeigen werden im Kfz-Bereich Steuergeräte eingesetzt. Außerdem können Steuergeräte auch bei Maschinen, Anlagen und sonstigen technischen Prozessen in der Industrie zum Einsatz kommen.
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Um ein elektrisches Gerät bzw. ein Steuergerät gegen Umwelteinflüsse oder mechanische Beanspruchung zu schützen, werden diese normalerweise in spezielle Gehäuse eingesetzt, welche beispielsweise teilweise aus Kunststoff und teilweise aus Aluminium hergestellt sein können. Dabei ist z.B. der untere Gehäuseteil mittels Spritzgussverfahren aus Kunststoff gefertigt. Das Gehäuse wird dann z.B. mit einem Deckel aus Aluminium verschlossen. Diese beiden Gehäuseteile können beispielsweise durch Schrauben, Nieten oder mittels Verkleben miteinander verbunden sein. Zwischen den beiden Gehäuseteilen ist üblicherweise eine Dichtung angebracht, welche meist aus Flüssig-Silikon hergestellt wird.
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Das in dem Gehäuse angebrachte elektrische Gerät bzw. Steuergerät umfasst meist eine Trägerplatte, auf welcher eine elektronische Schaltung angeordnet ist. Diese Schaltung, von welcher die jeweilige Steuerung oder Regelung durchgeführt wird, ist üblicherweise aus Halbleiterbauelementen oder sogenannten Halbleiterchips – wie z.B. Mikrocontroller, Speicherbausteinen, etc. aufgebaut. Derartige Steuergeräte sind häufig mit einer sogenannten Eigenintelligenz versehen – d.h. sie bestehen aus einem eigenständigen Computer bzw. Prozessor in Form eines eingebetteten Systems. Je nach Aufgabe des elektrischen Geräts bzw. des Steuergeräts kann die Schaltung in ihrer Komplexität variieren.
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Dabei weist die Schaltung des Steuergeräts häufig Halbleiterbauelemente auf. Diese Halbleiterbauelemente sind zudem empfindlich in Bezug auf Vibrationen und Schock. Es werden somit hohe Anforderungen an eine optimale Fixierung des Steuergeräts bzw. der Trägerplatte für das Steuergerät innerhalb des Gehäuses gestellt. Die Fixierung der Trägerplatte erfolgt bisher z.B. mittels Schrauben oder über einen laserverschweißten Kunststoffdeckel.
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Aus
EP 2 429 273 A2 ist ein Gehäuse für ein elektrisches Gerät bekannt, bei welchem Anpress-Dome vorhanden sind. Diese Anpress-Dome sind über den Halbleiterbauelementen angeordnet. Beim Anpressen drücken die Anpress-Dome auf diese Halbleiterbauelemente und damit die Trägerplatte an das Gehäuse, wodurch eine Fixierung der Trägerplatte mit den darauf angeordneten elektronischen Elementen innerhalb des Gehäuses erreicht wird. Nachteil dieser Anordnung ist, dass durch das Anpressen der Anpress-Dome auf die elektronischen Bauteile, Löt- oder Bondverbindungen zwischen den elektronischen Bauteilen und der Trägerplatte beschädigt werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Anordnung zur Fixierung einer Trägerplatte für eine elektronische Schaltung innerhalb eines Gehäuses anzugeben. Weitere Aufgaben bestehen in der Angabe eines Gehäuses und eines Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses.
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Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt durch eine Anordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch das Gehäuse gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 5 sowie durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 7. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die Erfindung zeichnet sich durch eine Anordnung zur Fixierung einer Trägerplatte innerhalb eines Gehäuses auf. Das Gehäuse umfasst dabei ein unteres Gehäuseteil, einen Gehäusedeckel und ein zwischen dem unteren Gehäuseteil und dem Gehäusedeckel angeordnete Dichtung. Zweckmäßig sind Mittel vorgesehen zur Verbindung des unteren Gehäuseteils mit dem Gehäusedeckel. Diese Mittel können z.B. Steck-, Schraub- oder Schnappverbindungen, aber auch Laserschweißverbindungen sein.
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Unter einer Trägerplatte für eine elektronische Schaltung wird im Weiteren auch eine ein- oder mehrlagige Leiterplatte mit ein oder mehreren elektronischen Bauelementen und/oder mit gedruckten Schaltungen verstanden.
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Zwischen der Leiterplatte und dem Gehäusedeckel sind Fixierungselemente für die Leiterplatte innerhalb des Gehäuses angeordnet. Diese Fixierungselemente sind mit der Dichtung verbunden und befinden sich innerhalb des von dem unteren Gehäuseteil und dem Gehäusedeckel umschlossenen Raums. Zweckmäßig sind die Fixierungselemente zylindrisch ausgeführt. Andere Formen, z.B. kugel- oder halbkugelförmig sind selbstverständlich auch denkbar.
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Die Fixierungselemente dienen dazu, die Leiterplatte an den Gehäusedeckel zu pressen und sorgen so für eine sichere Fixierung der Leiterplatte innerhalb des Gehäuses. Die Fixierungselemente sind dabei derart angeordnet, dass sie direkt auf die Leiterplatte wirken und nicht auf die elektronischen Bauelemente auf der Leiterplatte. Damit wird sichergestellt, dass die elektronischen Bauelemente oder die elektrischen Anschlüsse der elektronischen Bauelemente mit der Leiterplatte nicht beschädigt werden.
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Zweckmäßig sind die Fixierungselemente mit der Dichtung über Verbindungsstege verbunden. Dadurch ist sichergestellt, dass bei einer Serienproduktion die Fixierungselemente stets eine definierte Position in Bezug zur Dichtung aufweisen.
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Die Dichtung kann zweckmäßig eine umlaufende Dichtung sein, d.h. eine geschlossene Kurve darstellen. Die Dichtung, die Verbindungsstege und die Fixierungselemente können aus herkömmlichem Dichtungsmaterial, z.B. Spritz-Silikon gefertigt sein. Es ist aber auch möglich, dass die einzelnen Komponenten aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind. Insbesondere sind Dichtung, Verbindungsstege und Fixierungselemente ein einzelnes Bauteil. Zweckmäßig sind insbesondere die Fixierungselemente aus einem elastischen Material gefertigt.
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Das untere Gehäuseteil und der Gehäusedeckel weisen geeignete Fixierungsmittel für die Dichtung auf.
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Die unbelastete Höhe der Fixierungselemente ist zweckmäßig größer als der Abstand zwischen der Oberseite der Leiterplatte und dem Gehäusedeckel im verschlossenen Zustand des Gehäuses. Dies bedeutet, dass bei der Montage des Gehäusedeckels auf das untere Gehäuseteil, d.h. beim Verschließen des Gehäuses die Fixierungselemente zusammengedrückt werden und zwar auf eine Höhe, welche dem Abstand zwischen der Oberseite der Leiterplatte und der Innenseite des Gehäusedeckels entspricht. Die Fixierungselemente können dabei beispielsweise auf bis zu 75% ihrer unbelasteten Höhe zusammengepresst werden.
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Die Verbindungsstege zwischen der Dichtung und den Fixierungselementen sind zweckmäßig derart ausgeführt, dass sie beim Verschließen des Gehäuses nicht verpresst werden. Mit anderen Worten ist die Höhe der Verbindungselemente kleiner oder gleich dem Abstand zwischen der Oberseite der Leiterplatte und dem Gehäusedeckel nach Verschließen des Gehäuses.
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Die Erfindung zeichnet sich ferner durch ein Gehäuse für ein elektrisches Gerät, insbesondere ein Steuergerät aus, wobei das elektrische Gerät eine auf einer Trägerplatte (Leiterplatte) angeordnete Schaltung umfasst. Das Gehäuse umfasst dabei ein unteres Gehäuseteil, einen Gehäusedeckel sowie eine zwischen dem unteren Gehäuseteil und dem Gehäusedeckel angeordnete Dichtung. Zwischen dem Gehäusedeckel und der Trägerplatte sind Fixierungselemente angeordnet, welche mit der Dichtung verbunden sind. Der Innenraum des Gehäuses, welcher sich durch das Zusammenfügen des unteren Gehäuseteils und des Gehäusedeckels ergibt, ist durch die Dichtung vor äußeren Einflüssen geschützt.
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Ferner weist das untere Gehäuseteil Aufnahmemittel für die Leiterplatte auf. Diese Aufnahmemittel können z.B. an das untere Gehäuseteil angespritzte Aufnahmedome sein. Es ist aber auch möglich, dass in das untere Gehäuseteil eine zusätzliche Aufnahmeplatte eingebracht ist.
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Auf der Trägerplatte ist vorteilhaft die Leiterplatte aufgebracht. Dadurch ist es möglich, dass das Gehäuse für Leiterplatten mit unterschiedlichen Abmessungen einsetzbar ist. Selbstverständlich sind die Fixierungselemente beim Einsatz unterschiedlicher Leiterplatten entsprechend angeordnet, so dass sämtliche verwendete Fixierungselemente beim Verschließen des Gehäuses direkt auf der Leiterplatte zum Liegen kommen. Mit anderen Worten, keines der Fixierungselemente soll beim Verschließen des Gehäuses auf ein auf der Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauelementen gepresst werden.
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Im Gehäusedeckel oder auf der Leiterplatte können Anschlag-Dome angeordnet, z.B. angespritzt sein, welche genau dem Abstand zwischen der Oberseite der Leiterplatte und dem Gehäusedeckel im verschlossenen Zustand des Gehäuses entsprechen. Dadurch wird sichergestellt, dass beim Verschließen des Gehäuses nicht zu viel Anpresskraft aufgewendet wird, wodurch z.B. die Dichtung übermäßig gepresst wird, so dass die Dichtigkeitseigenschaften beeinträchtigt werden.
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Die Verbindungsstege zwischen den Fixierungselementen und der Dichtung, welche zweckmäßig eine umlaufende Dichtung ist, sind vorteilhaft derart ausgeführt, dass beim Verschließen des Gehäuses kein Verbindungssteg auf ein auf der Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauelementen gepresst wird. Ferner weisen die Verbindungsstege zweckmäßig eine Höhe auf, welche kleiner ist als die Höhe der Fixierungselemente im verpressten Zustand. Mit anderen Worten, die Höhe der Verbindungsstege ist kleiner als der Abstand zwischen der Oberseite der Leiterplatte und dem Gehäusedeckel nach Verschließen des Gehäuses.
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Die Erfindung zeichnet sich ferner durch ein Verfahren zur Fixierung eines auf einer Trägerplatte angebrachten elektrischen Geräts, insbesondere eines Steuergeräts, in einem Gehäuse mit einem unteren Gehäuseteil, einem Gehäusedeckel und einer dazwischenliegenden Dichtung aus. In einem ersten Montageschritt wird die Trägerplatte in das untere Gehäuseteil eingelegt. Anschließend wird die Dichtung mit den Fixierungselementen, welche über Verbindungsstege mit der Dichtung verbunden sind, in das untere Gehäuseteile eingelegt. Zweckmäßig wird die Dichtung dabei in, im unteren Gehäuseteil vorgesehene Fixierungsmittel für die Dichtung eingelegt. In einem nachgelagerten Montageschritt wird der Gehäusedeckel mit dem unteren Gehäuseteil verbunden, z.B. mittels Schraub-, Steck- oder Schnappverschlüssen. Es können aber auch andere Verschlussarten verwendet werden, welche ein sicheres Verbinden des unteren Gehäuseteils mit dem Gehäusedeckel gewährleisten. So ist es z.B. auch möglich, dass der Gehäusedeckel auf das untere Gehäuseteil gedrückt wird, wobei eine Anpresskraft auf den Gehäusedeckel in Richtung des unteren Gehäuseteils wirkt und dabei mit dem unteren Gehäuseteil verschweißt wird. Anschließend wird die Anpresskraft entfernt.
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Die Erfindung wird im Weiteren anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Gehäuse gemäß der Erfindung in schematischer Explosionsdarstellung,
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2 eine Schnittdarstellung eines Gehäuses im verschlossenen Zustand gemäß der Erfindung.
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1 zeigt ein Gehäuse in schematischer Explosionsdarstellung. Das Gehäuse 1 besteht aus einem Gehäusedeckel 2, einem unteren Gehäuseteil 5 sowie einer dazwischenliegenden Dichtung 3. Im unteren Gehäuseteil 5 sind Aufnahmemittel 8 vorhanden zur Aufnahme einer Trägerplatte 4, auf welcher eine Leiterplatte mit elektronischen Bauelementen (nicht dargestellt) aufgebracht ist.
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Die Dichtung 3 wird in Aufnahmemittel 15 für die Dichtung, welche im unteren Gehäuseteil 5 vorgesehen sind eingelegt. Die Dichtung 3 bildet eine geschlossene Kurve. Die Fixierungselemente 6 sind mittels Verbindungsstege 7 mit der Dichtung 3 verbunden. Ferner sind die Fixierungselemente 6 zwischen der Trägerplatte 4 und dem Gehäusedeckel 2 angeordnet.
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Zur Verbindung des Gehäusedeckels 2 und des unteren Gehäuseteils 5 sind Verbindungsmittel 9 vorgesehen. Neben Schraub-, Steck- oder Klemmverbindungen sind auch Schweißverbindungen möglich.
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2 zeigt in schematischer Schnittdarstellung ein beispielhaftes Gehäuse gemäß der Erfindung. 2 zeigt ein Gehäuse 1 im verschlossenen Zustand. Mittels der Anpresskraft 13 wird der Gehäusedeckel 2 auf das untere Gehäuseteil 5 gedrückt. Zwischen dem Gehäusedeckel 2 und dem unteren Gehäuseteil 5 befindet sich die Dichtung 3, welche durch die Anpresskraft 13 ebenfalls derart gepresst wird, dass eine gewünschte Dichtigkeit erreicht ist.
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Innerhalb des Gehäuses 1 befindet sich eine Trägerplatte 4, zweckmäßig eine Leiterplatte mit elektronischen Bauelementen 11. Diese Trägerplatte 4 ist z.B. auf Aufnahmemittel 8 (nicht dargestellt in 2), welche im unteren Gehäuseteil 5 angebracht sind, gelagert.
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Zwischen der Oberseite 10 der Trägerplatte 4 und dem Gehäusedeckel 2 sind Fixierungselemente 6 vorhanden, welche mittels Verbindungsstege 7 mit der Dichtung 3 verbunden sind. Die Höhe 12 des Verbindungsstegs 7 ist geringer als der Abstand 14 zwischen der Oberseite 10 der Trägerplatte 4 und dem Gehäusedeckel 2. Es ist aber auch möglich, dass die Höhe 12 des Verbindungsstegs 7 dem Abstand 14 zwischen der Oberseite 10 der Trägerplatte 4 und dem Gehäusedeckel 2 entspricht.
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Die Höhe der Fixierungselemente 6 entspricht im verschlossenen Zustand des Gehäuses dem Abstand 14 zwischen der Oberseite 10 der Trägerplatte 4 und dem Gehäusedeckel 2. Im unverschlossenen Zustand ist die Höhe der Fixierungselemente 6 größer als der Abstand 14 zwischen der Oberseite 10 der Trägerplatte 4 und dem Gehäusedeckel 2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Gehäusedeckel
- 3
- Dichtung
- 4
- Trägerplatte mit Leiterplatte
- 5
- unteres Gehäuseteil
- 6
- Fixierungselement
- 7
- Verbindungssteg
- 8
- Aufnahmemittel
- 9
- Verbindungsmittel
- 10
- Oberseite der Leiterplatte
- 11
- elektronisches Bauelement
- 12
- Höhe Verbindungsteg
- 13
- Anpresskraft
- 14
- Abstand Oberseite Leiterplatte zu Gehäusedeckel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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