DE102015215026A1

DE102015215026A1 - Mechanische und/oder elektrische Baugruppe

Info

Publication number: DE102015215026A1
Application number: DE102015215026.7A
Authority: DE
Inventors: Sven Kittelberger; Bernd Schroeter; Ruben Wahl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2017-02-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mechanische und/oder elektrische Baugruppe umfassend zumindest einen ersten und einen zweiten Verbindungspartner sowie eine Befestigungsverbindung zwischen den Verbindungspartnern. Die Befestigungsverbindung ist dabei aus einer Schichtstruktur von aufeinander angrenzend aufgetragenen Einzelschichten gebildet, wobei jeweils eine aufgetragene Einzelschicht ein Schichtmaterial aufweist, welches mittels eines physikalischen oder chemischen Härtungs- oder Schmelzprozess verfestigt ist, und wobei die Schichtstruktur zum ausschließlich mechanischen Verbinden der Verbindungspartner an jeweils zumindest einer Befestigungsstelle über das Schichtmaterial mit dem ersten und dem zweiten Verbindungspartner stofflich verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine mechanische und/oder elektrische Baugruppe sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Befestigungsverbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Verbindungspartners unter Ausbildung der mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Mechanische und/oder elektrische Baugruppen umfassen in der Regel mehrere Einzelelemente, welche in einer bestimmten Anordnung zueinander stehen. Innerhalb einer derartigen Anordnung sind Einzelelemente in vielen Fällen mittels einer Verbindungstechnik miteinander verbunden bzw. zueinander fixiert. So werden beispielsweise bei der Befestigung von Schaltungssubstraten (DBC (direct bonded copper), LTCC (low temperature cofired ceramic) und PCB (printed circuit board)) in Gehäusen Schraub-, Miet-, Klebe- oder Clipprozesse eingesetzt. Je nach Verbindungstechnik ergibt sich ein entsprechender Aufwand in der Montage. Zusätzlich können über die Verbindungstechnik Kräfte auf die Verbindungspartner einwirken, wodurch eine über die Zeit andauernde mechanische Belastung innerhalb der mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe vorliegen kann.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, zumindest zwei Verbindungspartner in einfacher Weise und dauerhaft mechanisch unter Ausbildung einer mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe miteinander zu verbinden. Ferner ist es Aufgabe, eine mechanische Belastung der Verbindungspartner durch die ausgebildete Befestigungsverbindung gering zu halten.
Diese Aufgabe wird durch eine mechanische und/oder elektrische Baugruppe sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Befestigungsverbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Verbindungspartners unter Ausbildung der mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Erfindung geht aus von einer mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe umfassend zumindest einen ersten und einen zweiten Verbindungspartner sowie eine Befestigungsverbindung zwischen den Verbindungspartnern. Die Befestigungsverbindung ist dabei aus einer Schichtstruktur von aufeinander angrenzend aufgetragenen Einzelschichten gebildet, wobei jeweils eine aufgetragene Einzelschicht ein Schichtmaterial aufweist, welches mittels eines physikalischen oder chemischen Härtungs- oder Schmelzprozess verfestigt ist. Demnach sind die Einzelschichten untereinander über das Schichtmaterial selbst verbunden und bilden dann im Verbund insgesamt die Schichtstruktur aus. Zusätzlich ist die Schichtstruktur zum ausschließlich mechanischen Verbinden der Verbindungspartner an jeweils zumindest einer Befestigungsstelle über das Schichtmaterial mit dem ersten und dem zweiten Verbindungspartner stofflich verbunden. Die stoffliche Verbindung ergibt sich allein durch das Verfestigen der Einzelschichten. Das Material der jeweiligen Verbindungspartner unterliegt dabei keinerlei Schmelz- oder Härtungsprozessen. Vielmehr ist über die jeweilige Befestigungsstelle der Verbindungspartner lediglich eine harte Grenzfläche für die Befestigungsverbindung bereitgestellt, an welcher das Material des entsprechenden Verbindungspartners nahtlos – also ohne Ausbildung eines Übergangsbereiches – in das verfestigte und stofflich angebundene Schichtmaterial der Schichtstruktur übergeht. Demnach verbleiben das Material der Verbindungspartner sowie die Befestigungsstellen unverändert wie in einem Zustand vor der Ausbildung der Befestigungsverbindung. Durch die derartige stoffliche Verbindung mittels der Schichtstruktur ergibt sich eine zuverlässige und dauerhafte mechanische Verbindung und Fixierung der Verbindungspartner zueinander. Der Schichtaufbau ist bevorzugt mittels eines additiven Fertigungsverfahrens ausgebildet, insbesondere bevorzugt mit einem Verfahren, bei welchem das Schichtmaterial über einen Jetstrahl aufgetragen wird. Weiter bevorzugt sind die Einzelschichten bzw. die Schichtstruktur insgesamt aus einem metallischen oder polymeren Schichtmaterial gebildet. Die mechanische Verbindung ergibt sich hierbei insgesamt erst über mehrere Stufen in aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten. Infolge des schichtweisen Aufbaus der Befestigungsverbindung sind angrenzende Einzelschichten zeitlich versetzt zueinander aufgetragen. Demnach ergibt sich die mechanische Verbindung stufenweise infolge von nacheinander verfestigten Einzelschichten, wobei jede verfestigte Einzelschicht dann anteilig zur Ausbildung der Befestigungsverbindung insgesamt beiträgt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass sich die Befestigungsverbindung idealerweise kräftefrei oder nur mit geringer Krafteinwirkung auf die Verbindungspartner ausbildet. Das liegt daran, dass entstehende Kräfte einer sich verfestigenden Einzelschicht aufgrund des geringen Verhältnisses der Einzelschicht zu den Verbindungspartnern durch ein Nachgeben der Einzelschicht abgebaut werden und/oder durch eine angrenzende bereits verfestigte Einzelschicht aufgenommen werden. Dieser Effekt zieht sich stufenweise über mehrere Einzelschichten bis zur Fertigstellung der Befestigungsverbindung durch, sodass eine mechanische Belastung der ausgebildeten Befestigungsverbindung auf die Verbindungspartner ausbleibt oder zumindest sehr gering ausfällt. Der Vorteil ist ferner dadurch begünstigt, dass die stoffliche Verbindung ausschließlich durch das Verfestigen der Einzelschichten erfolgt und das jeweilige Material der Verbindungspartner sowie die Befestigungsstellen unverändert wie in einem Zustand vor der Ausbildung der Befestigungsverbindung verbleiben.
In einer vorteilhaften Ausführungsform berühren sich die zwei Verbindungspartner zumindest in einem Kontaktbereich unmittelbar. Der Kontaktbereich kann sich beispielsweise durch ein Aufliegen oder Anliegen der Verbindungspartner ergeben, wodurch in einfacher Weise eine definierte und fixierte Anordnung der Verbindungspartner zueinander vor Ausbildung der Befestigungsverbindung bzw. der mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe erreicht werden kann. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn der Kontaktbereich sowie die jeweils zumindest eine Befestigungsstelle des ersten und des zweiten Verbindungspartners unmittelbar aneinander grenzen. Dadurch liegt eine spaltfreie Befestigungsverbindung vor, wodurch eine besonders vorteilhafte und direkte Kraftübertragung zwischen den Verbindungspartnern sowie eine günstige Kraftverteilung auf die Verbindungspartner und die Befestigungsverbindung ermöglicht ist. Ferner ergibt sich eine günstige Anordnung zum Auftragen der Einzelschichten in Ausbildung der Schichtstruktur, da die Einzelschichten zwischen den jeweiligen Befestigungsstellen der Verbindungspartner durchgehend gegen eine feste Auflage aufgetragen sind.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Kontaktbereich gebildet über einen Stumpf-, einen Überlapp-, einen Parallel-, einen T-, einen Kreuz-, einen Eck- oder einen Schrägstoß. Derartige Anordnungen zur Ausbildung eines Kontaktbereiches sind vergleichbar mit solchen aus Schweißanwendungen für welche derartige Anordnungen hinsichtlich ihrer Ausführung beispielsweise in der DIN EN ISO 17659 oder DIN 12345 beschrieben sind. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn zumindest einer der Verbindungspartner – bevorzugt beide – mindesten im Kontaktbereich plattenartig ausgebildet ist, wodurch sich für bestimmte Anwendungsfälle ein günstiger Zugang an die Befestigungsstellen der Verbindungspartner für die Ausbildung der Befestigungsverbindung ergibt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die zumindest eine Befestigungsstelle des ersten und/oder des zweiten Verbindungspartners zumindest teilweise die Innenfläche einer Ausnehmung oder einer Vertiefung bildet, wobei bevorzugt die gesamte Ausnehmung oder Vertiefung dann durch die Schichtstruktur ausgefüllt ist. In vorteilhafter Weise ergeben sich dadurch sehr kompakte und einfache Befestigungsverbindungen. Außerdem sind diese dann derart ausführbar, dass sie nicht störend von der Oberfläche der Verbindungspartner abstehen oder direkt von außen sichtbar sind. Zusätzlich bewirkt die Schichtstruktur eine Art von Formschluss, welche die Stabilität und Verlässlichkeit der Befestigungsverbindung weiter erhöht. Es sind verschiedene Ausführungsformen denkbar, so zum Beispiel eine, bei welcher Ausnehmungen in beiden Verbindungspartnern vorgesehen sind, welche diese vollständig durchdringen und die Ausnehmungen zumindest in einem Bereich unmittelbar aneinandergrenzen. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Verbindungspartner zumindest im Bereich ihrer jeweiligen Ausnehmungen übereinander angeordnet sind, wodurch ein vollständiger Durchgang durch beide Verbindungspartner vorliegt. Eine Abwandlung ergibt sich dadurch, dass in einem der Verbindungspartner lediglich eine Vertiefung eingebracht ist, wodurch der Durchgang ausgehend von dem einen Verbindungspartner in den anderen Verbindungspartner dann am Grund der Vertiefung endet. Eine andere Ausführungsvariante ergibt sich dadurch, dass die Ausnehmungen und/oder Vertiefungen in einem Randbereich des jeweiligen Verbindungspartners eingebracht sind und dabei zumindest zum Randbereich hin geöffnet ausgebildet sind. Dabei liegen die Verbindungspartner zumindest im oben genannten Randbereich derart an, dass durch die Halböffnungen der jeweiligen Ausnehmungen und/oder Vertiefung zumindest über einen Abschnittsbereich hinweg eine geschlossene Kontur eines die Randbereiche der Verbindungspartner durchdringenden Durchgangs gebildet ist. Auf diese Weise können Verbindungspartner beispielsweise in einer ebenen Anordnung zueinander verbunden werden.
Weiterhin ergibt sich eine vorteilhafte Ausführungsform, indem zumindest ein Teilelement eines der Verbindungspartner in zumindest einen Bereich des anderen Verbindungspartners eindringt oder diesen durchdringt, wobei das zumindest eine Teilelement und/oder der zumindest eine Bereich des anderen Verbindungspartners die zumindest eine Befestigungsstelle aufweist. Das zumindest eine Teilelement kann in diesen Fällen auch die Funktionen einer Positionierungshilfe aufweisen, durch welche eine definierte Anordnung der Verbindungspartner zueinander festgelegt ist. Zusätzlich ist denkbar, dass das zumindest eine Teilelement einen Formschluss zwischen beiden Verbindungspartner bewirkt und deren mechanische Verbindung zueinander zusätzlich verstärkt.
In einer alternativen Ausführungsform ist zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspartner zumindest ein Spalt gebildet, wobei der Spalt durch die Schichtstruktur überbrückt ist und/oder zumindest teilweise durch diese ausgefüllt ist. Der genannte Spalt liegt bereits vor der Ausbildung der Befestigungsverbindung vor, indem die Verbindungspartner in einer Anordnung zueinander positioniert und/oder fixiert sind, welche der Anordnung der Verbindungspartner innerhalb der auszubildenden mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe entspricht. Grundsätzlich ist darauf zu achten, dass der innerhalb dieser Anordnung ausgebildete Spalt – beispielsweise für das Ausfüllen mit der Schichtstruktur – leicht zugänglich ist. Bei kleinen Spaltbreiten, beispielsweise < 3 mm, ist das beispielsweise dann gewährleistet, wenn die Spalttiefe nicht mehr als das dreifache der Spaltbreite beträgt, bevorzugt nicht größer als diese ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die zumindest eine Befestigungsstelle des ersten und/oder des zweiten Verbindungspartners zwei oder mehrere zueinander angrenzende Flächenbereiche auf, wobei sich die Flächenausrichtungen – insbesondere ein Flächennormal – von zumindest zwei der angrenzenden Flächenbereiche unterscheiden. In vorteilhafter Weise kann dadurch eine Geometrie der Befestigungsverbindung begünstigt ausgeführt sein, bei welcher besonders große Anbindungsflächen der Befestigungsstellen vorliegen, wodurch wiederum die Ausbildung von besonders hochtragenden Befestigungsverbindungen ermöglicht ist. Derartige zueinander angrenzende Flächenbereiche ergeben sich beispielsweise durch Vorsehen von Nutgeometrien im Kontaktbereich der Verbindungspartner. Die Nutgeometrie ist bevorzugt jeweils anteilig durch Flächenanteile von Befestigungsstellen beider Verbindungspartner gebildet. Die Nutgeometrie kann beispielsweise U- oder V-förmig ausgebildet sein.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ergibt sich dann, wenn die mechanische und/oder elektrische Baugruppe zwei oder mehrere zueinander beabstandete Befestigungsverbindungen aufweist. Durch die Vielzahl von Befestigungsverbindungen ist eine dauerhafte mechanische Verbindung der Verbindungspartner innerhalb der Baugruppe sichergestellt. Eine besonders einfache Herstellung dieser Ausführungsform ergibt sich indem mindestens zwei, bevorzugt alle Befestigungsverbindungen, von gleicher Art und/oder in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind die Befestigungsverbindungen in einem geometrischen Muster angeordnet, bei welchem zumindest eine Symmetrie der Befestigungsverbindungen innerhalb der mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe vorliegt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform liegt vor, bei welcher zumindest bei einem der Verbindungspartner nur dessen Randbereich mittels des Schichtmaterials mit dem anderen Verbindungspartner verbunden ist. Dadurch ergeben sich besonders steife mechanisch hochtragende Ausführungen von Befestigungsverbindungen, wodurch insgesamt eine besonders zuverlässige mechanische Verbindung der Verbindungspartner erreicht ist.
Einen besonders nutzbringenden Einsatz findet die Erfindung bei mechanischen und/oder elektrischen Baugruppen, bei welchen einer der Verbindungspartner ein Gehäuse ist, beispielsweise aus einem Kunststoff oder einem Metall, und an welches der weiterer Verbindungspartner ausschließlich mechanisch anzubinden ist. Eine derartige Anforderung ergibt sich beispielsweise bei mechanischen und/oder elektronischen Baugruppen bei welchen ein Schaltungssubstrat, eine Steckerleiste oder ein Elektronikmodul insbesondere dauerhaft mechanisch mit einem Gehäuse verbunden ist.
Die Erfindung führt auch zu einem Verfahren zur Herstellung einer Befestigungsverbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Verbindungspartners unter Ausbildung einer mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe mit den Verfahrensschritten:

• Positionieren und/oder Fixieren der Verbindungspartner in einer Anordnung zueinander, welche der Anordnung der Verbindungspartner innerhalb der auszubildenden mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe entspricht,
• Ausbilden einer Befestigungsverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspartner durch schichtweises Auftragen eines Schichtmaterials mittels eines additiven Fertigungsverfahrens derart, dass zwischen jeweils zumindest einer Befestigungsstelle der Verbindungspartner Einzelschichten angrenzend zueinander aufgetragen werden und jede aufgetragene Einzelschicht während oder nach dem Auftrag mittels eines physikalischen oder chemischen Härtungs- oder Schmelzprozess verfestigt wird, wobei zum ausschließlich mechanischen Befestigen die Schichtstruktur über die sich verfestigenden Einzelschichten mit den Befestigungsstellen der Verbindungspartner stofflich verbunden werden.

Es können hierbei verschiedene additive Fertigungsverfahren vorgesehen werden, mittels welchem ein mehrschichtiger Materialauftrag erfolgt, wobei ein aufzutragendes metallisches oder polymeres Schichtmaterial beispielsweise dann über einen physikalischen oder chemischen Härtungs- oder Schmelzprozess verfestigt wird. Beispielhaft zu nennende additive Fertigungsverfahren sind Stereolitographie, Multi-Jet Modeling (MJM), Selektives Laserschmelzen (Selective Laser Melting SLM), Selektives Lasersintern (SLS), Selektives Elektronenstrahlschmelzen (Selective Electron Beam Melting, (S) EBM), Elektronenstrahlsintern, Schmelzschichtung (Fused Deposition Modeling FDM) und andere. Bevorzugt sind Verfahren, bei welchen der Materialauftrag mittels eines Jetstrahls erfolgt. Erfindungsgemäß ist ein hoher Grad an Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der Ausbildung einer Befestigungsverbindung gegeben. In vorteilhafter Weise erfolgt die Ausbildung der Befestigungsverbindung bereits an der vorzusehenden Befestigungsstellen innerhalb der mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe, so dass insgesamt ein sonst notwendiger Montageprozess mit Verbindungselementen, wie beispielsweise Schrauben, Nieten usw., entfallen kann. Indem die stoffliche Verbindung der Schichtstruktur mit den Verbindungspartnern sich ausschließlich durch die Verfestigung des Schichtmaterials ergibt, ist zum einen in vorteilhafter Weise eine besonders dauerfeste mechanische Verbindung der Verbindungspartner erreicht, zum anderen eine mechanische Belastung der Verbindungspartner durch die Ausbildung der Befestigungsverbindung vermieden oder zumindest sehr stark reduziert
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
1a: ein erstes Ausführungsbeispiel einer mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe umfassend zumindest einen ersten und einen zweiten Verbindungspartner sowie eine Befestigungsverbindung zwischen den Verbindungspartnern,
1b: ein zweites Ausführungsbeispiel einer mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe umfassend zumindest einen ersten und einen zweiten Verbindungspartner sowie eine Befestigungsverbindung zwischen den Verbindungspartnern,
1c: ein drittes Ausführungsbeispiel einer mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe umfassend zumindest einen ersten und einen zweiten Verbindungspartner sowie eine Befestigungsverbindung zwischen den Verbindungspartnern,
2a: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe,
2b: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe,
2c: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe,
2d: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe,
3a: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe,
3b: das Ausführungsbeispiel aus 3a als eine erste Variante in einer Draufsicht,
3c: das Ausführungsbeispiel aus 3a als eine zweite Variante in einer Draufsicht.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
1a–c, 2a–d und 3a–c zeigen jeweils eine mechanische und/oder elektrische Baugruppe 100 umfassend zumindest einen ersten und einen zweiten Verbindungspartner 10, 20. Alle Figuren – bis auf die 3b und 3c – zeigen die mechanische und/oder elektrische Baugruppe 100 in einer seitlichen Schnittdarstellung. Die 3b und 3c zeigen das Ausführungsbeispiel aus 3a jeweils in einer Draufsicht, wobei in der Draufsicht unterschiedliche Varianten des Ausführungsbeispiels aus 3a dargestellt sind. Allen Ausführungsbeispielen ist gemein, das die Verbindungspartner 10, 20 über eine Befestigungsverbindung 30 ausschließlich mechanisch miteinander verbunden sind. Dabei ist die Befestigungsverbindung 30 aus einer Schichtstruktur 35 von aufeinander angrenzend aufgetragenen Einzelschichten 36 gebildet. Die Einzelschichten 36 sind in den 1a–c noch schematisch angedeutet. Dagegen ist zur weiteren Vereinfachung in den restlichen Figuren die aus den Einzelschichten 36 gebildete Schichtstruktur 35 lediglich noch eingegraut dargestellt. Der Schichtaufbau erfolgt dabei durch ein additives Fertigungsverfahren. Beispielhaft ist für das erste Ausführungsbeispiel in 1a gestrichelt eine Auftragsdüse 61 einer Auftragsvorrichtung 60 (nicht dargestellt) gezeigt, welche in alle Raumrichtungen 65 verfahrbar ist und über welche mittels beispielsweise eines Jet-Verfahrens ein Schichtmaterial in Form eines Jet-Strahles 62 mehrschichtig zwischen jeweiligen Befestigungsstellen 11, 21 des ersten und/oder zweiten Verbindungspartners 10, 20 aufgetragen wird. Jede aufgetragene Einzelschicht 36 wird dabei in Abhängigkeit des verwendeten additiven Fertigungsverfahrens während oder nach dem vollständigen Auftrag mittels eines physikalischen oder chemischen Härtungs- oder Schmelzprozess verfestigt. Aufgrund der Verfestigung einer der Einzelschichten 35 kommt es stets zu einer stofflichen Verbindung der Einzelschicht 36 zu ihren angrenzenden Flächen über das Schichtmaterial selbst. Die angrenzenden Flächen können dabei Bestandteil einer zeitlich zuvor aufgetragenen Einzelschicht 36 oder Bestandteil einer der Befestigungsstellen 11, 21 sein. Grundsätzlich kann die Anordnung der Verbindungspartner 10, 20 innerhalb der mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe unterschiedlich ausgeführt sein. Bis auf die 2a zeigen alle anderen Figuren Ausführungsbeispiele, bei welchen sich die zwei Verbindungspartner 10, 20 zumindest in einem Kontaktbereich 40 unmittelbar berühren. Ferner grenzen wiederum bei diesen – bis auf das Ausführungsbeispiel in 1b – der Kontaktbereich sowie die jeweils zumindest eine Befestigungsstelle 11, 21 des ersten und des zweiten Verbindungspartners 10, 20 unmittelbar aneinander. Der Kontaktbereich 40 ergibt sich beispielsweise bei den 1a, 2b durch einen Überlappstoß der Verbindungspartner 10, 20, bei den 1b–c durch einen Parallelstoß und bei den 2c–d und 3a–c durch einen Stumpfstoß. Ebenso ist es möglich, einen Kontaktbereich auszubilden beispielsweise durch einen T-, einen Kreuz-, einen Eck- oder einen Schrägstoß der Verbindungspartner 10, 20.
In 1b ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem zumindest ein Teilelement des ersten Verbindungspartners 10 – beispielsweise in Form eines Domes 15 – in zumindest einen Bereich des anderen Verbindungspartners 20 – beispielsweise in eine Ausnehmung 22 – eindringt. Hierbei verbleibt zwischen dem Dom 15 und der Ausnehmung 22 ein Spalt 50, welcher von der Schichtstruktur 35 überbrückt ist. Dabei kann der Spalt 50 zumindest auch teilweise durch Schichtmaterial ausgefüllt sein. Die Befestigungsstelle 11 des ersten Verbindungspartners 10 ist dabei auf der Stirnfläche des Doms 15 ausgebildet, während die der Stirnfläche direkt benachbarte Außenfläche des zweiten Verbindungspartners 20 die Befestigungsstelle 21 des zweiten Verbindungspartners 20 aufweist. Grundsätzlich kann der Dom 15 auch mit der Ausnehmung 21 zusätzlich einen Formschluss bilden, wobei hierbei der dargestellte Spalt 50 dann vollständig entfällt.
1c zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem der zweite Verbindungspartner 20 eine diesen vollständig durchdringende Ausnehmung 22 – beispielsweise in Form einer Bohrung – aufweist und welche unmittelbar an die Austrittstelle einer in dem ersten Verbindungspartner 10 eingebrachten Vertiefung 13 grenzt. Der hierbei gebildete Durchgang durch den zweiten Verbindungspartner 20 bis in den ersten Verbindungspartner 10 hinein ist dabei durch das Schichtmaterial der Schichtstruktur 35 vollständig gefüllt. In einer alternativen Ausführung kann auch der erste Verbindungspartner 10 anstelle der Vertiefung 13 ebenfalls eine diesen vollständig durchdringende Ausnehmung aufweisen, welche dann ebenfalls mit dem Schichtmaterial der Schichtstruktur 35 vollständig gefüllt ist. Demnach sind die Befestigungsstellen 11, 21 des ersten und/oder des zweiten Verbindungspartners 10, 20 zumindest teilweise durch die Innenfläche einer Ausnehmung 22 oder einer Vertiefung 13 gebildet. Eine weitere Alternative ergibt sich dadurch, dass der erste Verbindungspartner 10 weder eine Vertiefung 13 noch eine Ausnehmung aufweist, sondern vielmehr mit einem Flächenanteil der Außenfläche, welche im Kontaktbereich 40 den zweiten Verbindungspartner 20 unmittelbar berührt, direkt an die Ausnehmung 22 des zweiten Verbindungspartners 20 grenzt. Hierbei entspricht der oben genannten Flächenanteil auch der Befestigungsstelle 11 des ersten Verbindungspartners 10.
Die 2a und 2b zeigen Ausführungsbeispiele, bei welchen zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspartner 10, 20 zumindest ein Spalt 50 gebildet ist, wobei der Spalt 50 durch die Schichtstruktur 35 überbrückt ist und/oder zumindest teilweise durch diese ausgefüllt ist. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel in 2b weisen die Verbindungspartner 10, 20 des Ausführungsbeispiels in 2a keinen Kontaktbereich 40 auf.
2d zeigt im Vergleich zum Ausführungsbeispiel in 2c im Kontaktbereich 40 der Verbindungspartner 10, 20 zusätzlich eine V-förmige Nutgeometrie, welche einen Teil der aus dann mehreren Flächen gebildeten Befestigungsstellen 11, 21 ausmacht. Die Nutgeometrie kann auch andersartig ausgeführt sein, beispielsweise U-förmig. Die Nutgeometrie kann ferner auch in anderen Anordnungen der Verbindungspartner 10, 20 als dem in diesem Ausführungsbeispiel vorliegenden Stumpfstoß vorgesehen sein, wie zum Beispiel in 2b gezeigt.
3a zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Verbindungspartner 10, 20 in der Art eines Stumpfstoßes angeordnet sind und hierbei einen Kontaktbereich 40 ausbilden. Der Kontaktbereich 40 ist dabei unterbrochen durch zumindest eine im Randbereich des ersten und/oder des zweiten Verbindungspartners 10, 20 eingebrachten und zum Randbereich hin geöffneten Ausnehmung 12, 22, welche durch Schichtmaterial der Schichtstruktur 35 bevorzugt vollständig ausgefüllt ist und die Schichtstruktur 35 dabei stofflich mit den in der Innenfläche der Ausnehmung 12, 22 vorliegenden Befestigungsstellen 11, 21 der Verbindungspartner 10, 20 verbunden ist. 3b zeigt in einer Draufsicht eine erste mögliche Variante des Ausführungsbeispiels aus 3a. Diese erste Variante sieht vor, dass nur in einem der Verbindungspartner 20 eine zu dessen Randbereich hin geöffnete beispielsweise rechteckförmige Ausnehmung vorgesehen ist. Dagegen ist in 3c eine zweite Variante in einer Draufsicht gezeigt, bei welcher in beiden Verbindungspartnern 10, 20 zu deren Randbereichen hin geöffnete halbkreisförmige Ausnehmungen eingebracht sind, welche zusammen mit ihren Innenflächen wiederum einen geschlossenen kreisrunden mit dem Schichtmaterial der Schichtstruktur 35 ausgefüllten Durchgang durch die beiden Verbindungspartner 10, 20 ausbilden.
Als eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe 100 ist ein Schaltungssubstrat 20 (DBC (direct bonded copper), LTCC (low temperature cofired ceramic) und PCB (printed circuit board), und andere) mit einem Gehäuse 10 – insbesondere aus Kunststoff – mittels der Schichtstruktur 35 ausschließlich mechanisch und bevorzugt kräftefrei verbunden.
Bevorzugt sind die Einzelschichten 36 gleichartig ausgeführt, insbesondere hinsichtlich gleicher Schichtdicke und/oder gleicher Schichtorientierung. Dadurch ergibt sich eine vereinfachte und schnelle Ausbildung der mechanischen Verbindung zwischen den Verbindungspartnern 10, 20. Ferner können mehrere Befestigungsverbindungen beabstandet zueinander angeordnet sein und bevorzugt zumindest einen der Verbindungspartner in seinem Randbereich mit dem anderen Verbindungspartner mechanisch verbinden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 17659 [0007]
DIN 12345 [0007]

Claims

Mechanische und/oder elektrische Baugruppe (100) umfassend zumindest einen ersten und einen zweiten Verbindungspartner (10, 20) sowie eine Befestigungsverbindung (30) zwischen den Verbindungspartnern (10, 20), dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsverbindung (30) aus einer Schichtstruktur (35) von aufeinander angrenzend aufgetragenen Einzelschichten (36) gebildet ist, wobei jeweils eine aufgetragene Einzelschicht (36) ein Schichtmaterial aufweist, welches mittels eines physikalischen oder chemischen Härtungs- oder Schmelzprozess verfestigt ist, und wobei die Schichtstruktur (35) zum ausschließlich mechanischen Verbinden der Verbindungspartner (10, 20) an jeweils zumindest einer Befestigungsstelle (11, 21) über das Schichtmaterial mit dem ersten und dem zweiten Verbindungspartner (10, 20) stofflich verbunden ist.
Mechanische und/oder elektrische Baugruppe (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zwei Verbindungspartner (10, 20) zumindest in einem Kontaktbereich (40) unmittelbar berühren.
Mechanische und/oder elektrische Baugruppe (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (40) sowie die jeweils zumindest eine Befestigungsstelle (11, 21) des ersten und des zweiten Verbindungspartners (10, 20) unmittelbar aneinander grenzen.
Mechanische und/oder elektrische Baugruppe (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (40) gebildet ist über einen Stumpf-, einen Überlapp-, einen Parallel-, einen T-, einen Kreuz-, einen Eck- oder einen Schrägstoß.
Mechanische und/oder elektrische Baugruppe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Befestigungsstelle (11, 21) des ersten und/oder des zweiten Verbindungspartners (10, 20) zumindest teilweise die Innenfläche einer Ausnehmung (12, 22) oder einer Vertiefung (13) bildet, wobei bevorzugt die gesamte Ausnehmung (12, 22) oder Vertiefung (13) durch die Schichtstruktur (35) ausgefüllt ist.
Mechanische und/oder elektrische Baugruppe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilelement (15) eines der Verbindungspartner (10) in zumindest einen Bereich (22) des anderen Verbindungspartners (20) eindringt oder diesen durchdringt, wobei das zumindest eine Teilelement (15) und/oder der zumindest eine Bereich (22) des anderen Verbindungspartners (20) die zumindest eine Befestigungsstelle (11, 21) aufweist.
Mechanische und/oder elektrische Baugruppe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspartner (10, 20) zumindest ein Spalt (50) gebildet ist, wobei der Spalt (50) durch die Schichtstruktur (35) überbrückt ist und/oder zumindest teilweise durch diese ausgefüllt ist.
Mechanische und/oder elektrische Baugruppe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Befestigungsstelle (11, 21) des ersten und/oder des zweiten Verbindungspartners (10, 20) zwei oder mehrere zueinander angrenzende Flächenbereiche aufweist, wobei sich die Flächenausrichtungen von zumindest zwei der angrenzenden Flächenbereiche unterscheiden.
Mechanische und/oder elektrische Baugruppe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische und/oder elektrische Baugruppe zwei oder mehrere zueinander beabstandete Befestigungsverbindungen (30) aufweist, von welche insbesondere mindestens zwei, bevorzugt alle, von gleicher Art und/oder in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
Mechanische und/oder elektrische Baugruppe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem der Verbindungspartners (20) nur dessen Randbereich mittels des Schichtmaterials mit dem anderen Verbindungspartner (10) verbunden ist.
Mechanische und/oder elektrische Baugruppe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungspartner (10) ein Gehäuse und der zweite Verbindungspartner (20) ein Schaltungssubstrat, eine Steckerleiste oder ein Elektronikmodul ist.
Verfahren zur Herstellung einer Befestigungsverbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Verbindungspartners unter Ausbildung einer mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe (100) mit dem Verfahrensschritten: • Positionieren und/oder Fixieren der Verbindungspartner (10, 20) in einer Anordnung zueinander, welche der Anordnung der Verbindungspartner (10, 20) innerhalb der auszubildenden mechanischen und/oder elektrischen Baugruppe (100) entspricht, • Ausbilden einer Befestigungsverbindung (30) zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspartner (10, 20) durch schichtweises Auftragen eines Schichtmaterials mittels eines additiven Fertigungsverfahrens derart, dass zwischen jeweils zumindest einer Befestigungsstelle (11, 21) der Verbindungspartner (10, 20) Einzelschichten (36) angrenzend zueinander aufgetragen werden und jede aufgetragene Einzelschicht (36) während oder nach dem Auftrag mittels eines physikalischen oder chemischen Härtungs- oder Schmelzprozess verfestigt wird, wobei zum ausschließlich mechanischen Befestigen die Schichtstruktur (35) über die sich verfestigenden Einzelschichten (36) mit den Befestigungsstellen (11, 21) der Verbindungspartner (10, 20) stofflich verbunden werden.