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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Baueinheit mit einer eine Leiterplatte umfassenden Elektronik sowie mit einem damit kontaktierten elektrischen Leiter, der mit einem flachen Anschlussende versehen ist. Bei der Baueinheit handelt es sich insbesondere um einen kapazitiven Näherungssensor für ein (Kraft-)Fahrzeug, wobei der Leiter als Sensorelektrode des kapazitiven Näherungssensors dient.
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Moderne Fahrzeuge sind häufig mit Sensoren ausgestattet, die ein berührungsloses Verstellen von Fahrzeugteilen ermöglichen. Beispielsweise wird einem Fahrzeugnutzer durch einen solchen Sensor das berührungslose Betätigen (also Öffnen und/oder Schließen) einer Fahrzeugtür, z. B. mittels einer Hand- oder Fußbewegung ermöglicht. Ein solcher berührungsloser Heckklappenschalter ist beispielsweise aus der
DE 10 2010 049 400 A1 bekannt.
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Als Sensoren zur Detektion eines Betätigungsbefehls sind häufig kapazitiv arbeitende Näherungssensoren eingesetzt. Typischerweise umfasst ein solcher kapazitiver Näherungssensor eine Sensorelektrode oder mehrere Sensorelektroden sowie eine Steuereinheit.
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Die Steuereinheit umfasst üblicherweise eine in einem Gehäuse aufgenommene Elektronik. Die Elektronik ist regelmäßig durch eine Leiterplatte gebildet, auf der ein Mikrocontroller und/oder andere Elektronikkomponenten montiert sind.
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Als Sensorelektroden werden häufig Flachleiter verwendet, die eine flache, streifenförmige Leiterbahn mit einer diese umgebenden Isolierung aufweisen. Solche Flachleiterelektroden sind in der Regel über elektrische Zuleitungen in Form herkömmlicher Draht- oder Litzenleitungen mit dem Steuergerät verbunden. Die Zuleitungen sind hierbei meist über Steck- oder Lötverbindungen mit der Flachleiterelektrode einerseits und der Elektronikeinheit andererseits verbunden. Oft sind die Zuleitungen einerseits mit der zugehörigen Flachleiterelektrode verlötet und andererseits mittels einer an dem Gehäuse des Steuergeräts angeformten Steckverbindung (ZIF-Stecker) mit der Elektronikeinheit kontaktiert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zweckmäßige und unaufwändige Kontaktierung eines flachen Anschlussendes eines elektrischen Leiters mit einer Leiterplatte, insbesondere zur Kontaktierung einer Flachleiterelektrode eines kapazitiven Näherungssensors mit der zugehörigen Steuereinheit, zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausgestaltungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
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Erfindungsgemäß wird eine elektronische Baueinheit angegeben. Die Baueinheit weist eine Leiterplatte umfassende Elektronik auf. Die Baueinheit weist weiterhin einen elektrischen Leiter auf, der mit einem flachen Anschlussende versehen ist. Bei dem zu kontaktierenden Leiter handelt es sich vorzugsweise um einen Flachleiter, der über seine gesamte Länge eine flache, streifenförmige Leiterbahn aufweist. Grundsätzlich kann im Rahmen der Erfindung der Leiter fernab des Anschlussendes allerdings einen beliebigen Leiterquerschnitt aufweisen. Lediglich im Bereich des Anschlussendes muss der Leiter einen flachen Leiterquerschnitt aufweisen. Insbesondere kann der Leiter in diesem Sinne z. B. durch ein Koaxialkabel (oder einen entsprechenden zylindermantelförmigen Leiter ohne koaxialen Innenleiter) gebildet sein, der zur Bildung des Anschlussendes in einem Endbereich flachgedrückt ist.
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Zur elektrischen Anbindung des Leiters an die Elektronik ist an der Leiterplatte mindestens ein davon abragender Durchdringungskontakt angebracht. Der Durchdringungskontakt durchdringt hierbei das Anschlussende des Leiters unter Ausbildung einer elektrischen Verbindung mit einer Leiterbahn des Leiters. Wie vorstehend erwähnt, handelt es sich bei der Baueinheit insbesondere um einen kapazitiven Näherungssensor für ein (Kraft-)Fahrzeug. Der Leiter wirkt hierbei als Sensorelektrode des kapazitiven Näherungssensors. Die Elektronik bildet den funktionalen Kern einer Steuereinheit des Näherungssensors. Die Elektronik umfasst insbesondere einen Mikrocontroller, in dem ein Steuer- und Auswerteprogramm (Firmware) zum Betrieb des Näherungssensors implementiert ist.
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Die erfindungsgemäße Baueinheit zeichnet sich dadurch aus, dass durch einfaches Aufsetzen des Anschlussendes auf die Leiterplatte (oder umgekehrt) sowohl eine elektrische Kontaktierung als auch eine mechanische Verbindung zwischen dem Leiter und der Leiterplatte hergestellt wird. Weitere Prozesse wie z. B. Lötprozesse sind hierfür weder erforderlich noch vorgesehen, so dass die Baueinheit besonders einfach und rationell herstellbar ist. Insbesondere kann hierdurch die Montage der Baueinheit auch besonders einfach automatisiert werden.
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In bevorzugter Ausführung umfasst die Baueinheit weiterhin ein (Elektronik-)Gehäuse, in dem die Elektronik aufgenommen ist.
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Im Sinne einer weiteren Montagevereinfachung für das Bauteil ist in dem Gehäuse vorzugsweise eine Stützkontur eingeformt, an der das Anschlussende des Leiters bestimmungsgemäß anliegt, so dass das Anschlussende zwischen der Stützkontur und der Leiterplatte angeordnet ist. Der Durchdringungskontakt greift hierbei durch das Anschlussende hindurch in die Stützkontur ein, so dass er mit der Stützkontur eine (kraft- und/oder formschlüssige) mechanische Verbindung eingeht. Die Stützkontur ist insbesondere durch einen aus einer Gehäusewand ausgeformten und in das Gehäuseinnere abstehenden Gehäusedom realisiert. Der Durchdringungskontakt bewirkt in dieser Ausführung der Erfindung vorteilhafterweise nicht nur eine Kontaktierung und mechanische Befestigung des Leiters an der Leiterplatte, sondern gleichzeitig auch die Fixierung der Leiterplatte im Gehäuse.
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Das Anschlussende des Leiters ist in diesem Fall zweckmäßigerweise zwischen der Stützkontur und der dieser zugewandten Unterseite der Leiterplatte eingeklemmt. Insbesondere weist die Stützkontur eine flächige Oberseite auf, auf der das flache Anschlussende aufliegt. Durch die Klemmung des Anschlussendes zwischen der Leiterplatte und der Stützkontur wird eine einfache, aber dennoch sehr effektive Zugentlastung des Leiters bewirkt.
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Grundsätzlich ist im Rahmen der Erfindung allerdings auch denkbar, dass die Stützkontur (oder zumindest ein Teil derselben) an dem Leiter selbst angeordnet ist.
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Zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Baueinheit wird zunächst der Leiter mit dem flachen Anschlussende in das Gehäuse eingeführt und auf die Stützkontur aufgelegt. Anschließend wird die Leiterplatte in das Gehäuse eingesetzt. Dabei wird die Leiterplatte mit ihrer Unterseite auf das Anschlussende aufgepresst, so dass der Durchdringungskontakt den Leiter durchdringt. Dabei dringt der Durchdringungskontakt auch in die Stützkontur ein, so dass die Leiterplatte an der Stützkontur mechanisch fixiert ist.
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Der oder jeder Durchdringungskontakt ist vorzugsweise mit einer Spitze oder Schneidkante versehen, so dass er beim Einsetzen der Leiterplatte den Leiter (also sowohl die Isolationsschicht(en) als auch die Leiterbahn des Leiters) ähnlich zu einem Schneidkontakt selbsttätig durchbohrt. Da somit der Leiter für den Anschluss an der Leiterplatte nicht speziell präpariert (z. B. partiell abisoliert oder mit vorgebohrten Öffnungen versehen) werden muss, ist hierdurch eine besonders effektive Herstellung der Baueinheit gewährleistet.
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Die Spitze oder Schneidkante des Durchdringungskontakts gewährleistet vorteilhafterweise auch, dass der Durchdringungskontakt in das (Voll-)Material der Stützkontur eingepresst werden kann. Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch auch denkbar, dass in der Stützkontur eine mit dem Durchdringungskontakt korrespondierende Öffnung vorgesehen ist, in die der Durchdringungskontakt im Montagezustand unter Ausbildung eines Kraftschlusses oder Formschlusses eingesetzt ist.
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Der oder jeder Durchdringungskontakt ist insbesondere mit mindestens einem Befestigungsmittel, insbesondere einem Widerhaken versehen, um eine Selbstablösung der Leiterplatte von der Stützkontur zu verhindern.
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In einer Weiterentwicklung umfasst die Baueinheit mindestens einen Anschlusspin für eine – von dem Leiter separate – Signal- oder Versorgungsleitung. Der oder jeder Anschlusspin ist derart im Gehäuse angeordnet, dass beim Einsetzen der Leiterplatte in das Gehäuse – gleichzeitig mit der Kontaktierung des Leiters durch den Durchdringungskontakt – auch ein Kontaktabschnitt des Anschlusspins in eine korrespondierende Kontaktöffnung der Leiterplatte eingedrückt wird. Somit wird durch einfaches Aufsetzen der Leiterplatte (und somit insbesondere ohne Lötprozess) die Elektronik sowohl mit dem Leiter als auch mit der Signal- oder Versorgungsleitung verbunden.
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Der oder jeder Anschlusspin weist vorzugsweise einen Kontaktabschnitt auf, der zur Herstellung einer Presskontaktverbindung mit der korrespondierenden Kontaktöffnung der Leiterplatte ausgebildet ist. Der Kontaktabschnitt des Anbschlusspins ist hierbei insbesondere nach Art eines sogenannten „Pressfit”-Kontakts ausgestaltet.
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Als Presskontaktverbindung („Pressfit”-Verbindung) wird hierbei eine Verbindung zwischen einem Kontaktstift und einer korrespondierenden metallisierten Kontaktöffnung einer zugeordneten Leiterplatte bezeichnet, bei der der Kontaktstift derart in die – unterdimensionierte – Kontaktöffnung eingepresst wird, dass sich der Kontaktstift in einem flexiblen Einpressabschnitt plastisch verformt. Die plastische Verformung des Kontaktstifts bewirkt hierbei eine flächige Anlage zwischen dem Kontaktstift und der Kontaktöffnung. In der Regel wird der – üblicherweise metallische – Kontaktstift infolge hohen lokalen Kontaktdrucks beim Einpressen mit der metallisierten Kontaktöffnung kaltverschweißt.
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Im Zuge der Herstellung der Baueinheit wird vorzugsweise das Gehäuse mit der montierten Leiterplatte und dem wie vorstehend beschrieben kontaktierten Leiter abschließend zur Abdichtung vergossen.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand einer Zeichnung genauer erläutert. Darin zeigen:
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1 in einer schematischen Querschnittsdarstellung ausschnitthaft einen kapazitiven Näherungssensor mit einer Steuereinheit, die ein (Elektronik-)Gehäuse und eine darin aufgenommene Elektronik aufweist, sowie mit einer mit einer Leiterplatte der Elektronik kontaktierte Flachleiterelektrode, und 2 den Näherungssensor gemäß 1 in einem Vormontagezustand vor dem Einsetzen der Leiterplatte in das Gehäuse.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines kapazitiven Näherungssensors 1 für ein (Kraft-)Fahrzeug. Der kapazitive Sensor wird beispielsweise zur berührungslosen Betätigung einer Fahrzeugtür (insbesondere zum Öffnen derselben) eingesetzt.
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Die Baueinheit 1 umfasst ein (Elektronik-)Gehäuse 2, welches in einem Spritzgießverfahren aus Kunststoff gefertigt ist. Das Gehäuse 2 ist in Form einer zu einer Oberseite 3 des Gehäuses 2 hin offenen Wanne ausgeführt. Das Gehäuse 2 ist somit durch einen Gehäuseboden 4 gebildet, der von Seitenwänden 5 eingefasst ist. Zum Schutz der im Gehäuse 2 aufgenommenen Komponenten ist die Wanne mit einer (nicht dargestellten) Vergussmasse befüllt, so dass das Gehäuse 2 mit den darin enthaltenen Teilen hierdurch gas- und flüssigkeitsdicht verschlossen ist.
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Von dem Gehäuseboden 2 ragt eine domartige Stützkontur 10 in einen von dem Gehäuse 2 eingeschlossenen Gehäuseinnenraum 11 hinein.
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In dem Gehäuse 2 liegt eine Elektronik 15 ein. Die Elektronik 15 ist durch eine Leiterplatte 16 gebildet, die mit (hier nicht explizit dargestellten) Elektronikbauteilen, insbesondere einem Mikrocontroller bestückt ist.
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In dem Gehäuse 2 sind weiterhin mehrere Anschlusspins 20 fixiert, von denen in der Darstellung lediglich einer sichtbar ist. Die Anschlusspins 20 dienen zum Anschluss einer Signal- oder Versorgungsleitung an die Leiterplatte 16 und somit zur elektrischen Verbindung der Elektronik 15 mit mindestens einer externen Steuereinheit des Fahrzeugs. Jeder Anschlusspin 20 endet einerseits in einer (nicht dargestellten) Buchse, welche an der Außenseite des Gehäuses 2 angeformt ist und zum Anschluss der Signal- und/oder Versorgungsleitung dient. Andererseits endet jeder Anschlusspin 20 im Gehäuseinnenraum 11 mit einem Abschnitt, der zur Oberseite 3 hin ragt. In diesem Abschnitt ist der Anschlusspin 20 als Pressfit-Kontakt 21 ausgestaltet, der in einer korrespondierenden Kontaktöffnung 22 der Leiterplatte 16 unter Ausbildung einer elektrischen Verbindung einliegt.
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Auf der zu dem Anschlusspin 20 gegenüberliegenden Seite ist an die Elektronik 15 eine Flachleiterelektrode 30 angeschlossen. Dabei ist ein Anschlussende 31 der Flachleiterelektrode 30 im Gehäuseinnenraum 11 angeordnet, während die übrige Flachleiterelektrode 30 durch eine hier nicht näher gezeigte Durchführung aus dem Gehäuse 2 herausgeführt ist. Die Flachleiterelektrode 30 dient als Sensorelektrode des kapazitiven Näherungssensors 1.
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Das Anschlussende 31 liegt auf der Stützkontur 10 auf, während die Leiterplatte 16 wiederum auf dem Anschlussende 31 aufliegt. Die Flachleiterelektrode 30 ist somit im Bereich ihres Anschlussendes 31 sandwichartig zwischen der Leiterplatte 16 und der Stützkontur 10 eingeklemmt. Dabei ist eine elektrische Verbindung zwischen der Flachleiterelektrode 30 und der Leiterplatte 16 hergestellt, indem ein von der Leiterplatte 16 abragendes Kontaktelement 35 die Flachleiterelektrode 30 durchdringt.
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In 2 sind vergrößert die Stützkontur 10, das Anschlussende 31 der Flachleiterelektrode 30 und die mit dem Kontaktelement 35 versehene Leiterplatte 16 in einem Vormontagezustand dargestellt, in dem das Anschlussende 31 bereits auf die Stützkontur 10 aufgelegt ist, aber die Leiterplatte 16 noch nicht in das Gehäuse 2 eingesetzt ist, so dass auch die elektrische Verbindung zwischen der Flachleiterelektrode 30 und der Elektronik 15 noch nicht hergestellt ist. 2 ist dabei zu entnehmen, dass die Flachleiterelektrode 30 eine als Leiterbahn wirkende Kupferfolie 40 umfasst, die allseitig, insbesondere auf beiden Flächenseiten mit einer Isolierschicht 41 aus Kunststoff beschichtet ist.
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Das vorzugsweise aus einer verzinkten Kupferlegierung, Messing oder Bronze gefertigte Kontaktelement 35 umfasst zwei Durchdringungskontakte 45, die auf einer der Flachleiterelektrode 30 zugewandten Unterseite 46 der Leiterplatte 16 abragen. Die stiftartigen Durchdringungskontakte 45 sind über eine auf der Unterseite 46 angeordneten Kontaktfläche 47 mit der Leiterplatte 16 elektrisch kontaktiert. Jeder Durchdringungskontakt 45 ist im Bereich seines jeweiligen von der Leiterplatte 10 abgewandten Freiendes mit einer Spitze und mehreren Widerhaken 50 versehen. Die Durchdringungskontakte 45 sind derart auf der Leiterplatte 10 angeordnet, dass sie bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Leiterplatte 10 im Gehäuse 2 mit der Stützkontur 10 fluchten.
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Zur Herstellung der in 1 gezeigten Baueinheit 1 wird die Leiterplatte 16 – vorzugsweise in einem SMT-Prozess („Surface Mounted Technology”) – mit dem Mikrocontroller und den gegebenenfalls vorgesehenen weiteren elektronischen Bauteilen der aufzubauenden Elektronik 15 bestückt. In diesem Prozess wird die Leiterplatte 16 auch mit dem Kontaktelement 35 bestückt.
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Die Flachleiterelektrode 30 wird bestimmungsgemäß in das Gehäuse 2 eingelegt, so dass das Anschlussende 31 flächig auf der Stützkontur 10 aufliegt.
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Anschließend wird die bestückte Leiterplatte 16 in das Gehäuse 2 eingepresst. Das Einpressen erfolgt kraftgeregelt. Beim Einsetzen der Leiterplatte 16 werden die Pressfit-Kontakte 21 in die jeweils korrespondierenden Kontaktöffnungen 22 der Leiterplatte 10 eingepresst. Gleichzeitig wird die Flachleiterelektrode 30 kontaktiert, indem die Durchdringungskontakte 45 durch die Flachleiterelektrode 30 (und somit auch durch die Kupferfolie 40) gestoßen werden.
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Dabei dringen die Durchdringungskontakte 45 zudem in den Körper der Stützkontur 10 ein, so dass die Leiterplatte 16 und die Flachleiterelektrode 30 mechanisch an der Stützkontur 10 fixiert werden. Die Widerhaken 50 unterstützen dabei die Verbindung, so dass die Leiterplatte 10 gegen Loslösen von der Stützkontur 10 gesichert ist.
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Optional können in die Stützkontur 10 vorab Öffnungen eingeformt sein, die mit den Durchdringungskontakten 45 fluchten. Die gegebenenfalls vorgefertigten Öffnungen sind hinsichtlich ihrer Dimensionierung derart auf die Durchdringungskontakte 45 abgestimmt, dass die Durchdringungskontakte wiederum unter Kraft- und/oder Formschluss darin fixiert sind. Die Durchdringungskontakte 45 können in diesem Fall – abweichend von der Darstellung gemäß 2 – beispielsweise nach Art eines Pressfit-Kontakts gestaltet sein.
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Optional sind in dem Gehäuse 2 Positionierungsmittel vorgesehen, mit deren Hilfe die Flachleiterelektrode 30 gegenüber der Leiterplatte 16 positioniert wird. Beispielsweise ragen von der Stützkontur 10 oder dem Gehäuseboden 4 Passstifte ab, auf welche sowohl die Flachleiterelektrode 30 als auch die Leiterplatte 16 mit entsprechenden Löchern aufgesetzt werden.
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Zusätzlich kann ein zweites Kontaktelement 35 gemäß vorstehender Beschreibung auf der Leiterplatte 16 vorgesehen sein, durch das die Kupferfolie 5 ebenfalls mit der Leiterplatte 16 kontaktiert ist. Die durch das zweite Kontaktelement 35 bewirkte redundante Kontaktierung der Flachleiterelektrode 30 dient insbesondere zu Diagnosezwecken, indem mittels der Elektronik 15 die elektrische Durchgängigkeit des über die beiden Kontaktelemente 35 und die Kupferfolie 40 gebildeten Strompfad getestet wird. Somit kann mittels der Elektronik 15 diagnostiziert werden kann, ob die Flachleiterelektrode 30 korrekt an die Elektronik 15 angeschlossen ist.
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Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die beschriebenen Einzelmerkmale der Erfindung und deren Ausgestaltungsvarianten auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Näherungssensor
- 2
- (Elektronik-)Gehäuse
- 3
- Oberseite
- 4
- Gehäuseboden
- 5
- Seitenwand
- 10
- Stützkontur
- 11
- Gehäuseinnenraum
- 15
- Elektronik
- 16
- Leiterplatte
- 20
- Anschlusspin
- 21
- Pressfit-Kontakt
- 22
- Kontaktöffnung
- 30
- Flachleiterelektrode
- 31
- Anschlussende
- 35
- Kontaktelement
- 40
- Kupferfolie
- 41
- Isolierschicht
- 45
- Durchdringungskontakt
- 46
- Unterseite
- 47
- Kontaktfläche
- 50
- Widerhaken
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010049400 A1 [0002]
