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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem elektrischen Gerät oder einem
Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Geräts nach
Gattung der unabhängigen Ansprüche. Aus der
DE 100 355 07 A1 ist
bereits ein Verfahren zur Vermeidung von Knarzgeräuschen
zwischen Bauteilen bekannt. Hierbei wird bei einer Relativbewegung
von zwei in Kontakt tretenden Oberflächenbereichen entweder
auf eine oder auf beide Oberflächen mittels Plasmaabscheidung
eine dünne Schicht abgeschieden, die eine geringere Adhäsionskomponente
und eine geringere Deformationskomponente der Reibungskraft aufweist
als unbeschichtete Oberflächenbereiche. Hierdurch lassen sich
Knarzgeräusche zwischen den beiden Oberflächen
vermindern oder vollständig unterdrücken. Somit
können Knarzgeräusche, die durch ein Ruckgleiten
insbesondere bei der gegenseitigen Berührung von Kunststoffteilen
bei Erschütterung oder thermischer Belastung eines Wertstücks
auftreten können, vermieden werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße elektrische Gerät mit den
Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber
den Vorteil, dass bei einem elektrischen Gerät Knarzgeräusche,
die von einem Kontakt zwischen einer Leiterplatte und einem Gehäuseteil herrühren,
auf einfache Weise vermieden werden können. Zur Vermeidung
des Knarzgeräusches wird in den Kontakt zwischen dem Gehäuseteil
und der Leiterplatte ein elektrisches Kontaktmittel aufgebracht,
das im Allgemeinen bereits zur Herstellung von elektrischen Kontakten
auf der Leiterplatte selbst verwendet wird. Hierdurch kann in dem
Arbeitsgang, in dem das elektrische Kontaktmittel aufgebracht wird,
dieses auch bereits zur Vermeidung von Knarzgeräuschen
auf die Leiterplatte mit aufgebracht werden. Somit kann auf einen
zusätzlichen Arbeitsgang, z. B. auf ein Plasmaabscheiden
eines zusätzlichen Mittels zur Entknarzung der Leiterplatte,
verzichtet werden. Hiermit können Kosten für ein
Aufbringen eines weiteren zusätzlichen Mittels zum Entknarzen
eines elektrischen Geräts vermieden werden.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen elektrischen
Geräts möglich. Vorteilhaft ist es, als elektrisches
Kontaktmittel ein Lot- oder einen Leitlack zu wählen. Derartige
Kontaktmittel sind gut bewährt und können in herkömmlichen
Prozessen auf die Leiterplatte kostengünstig aufgebracht
werden. Zudem hat sich herausgestellt, dass diese Mittel überraschend
gut dazu geeignet sind, bei einem Kontakt zu einem Gehäuseteil Knarzgeräusche
zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuseteil zu vermindern,
wenn das Gehäuseteil das elektrische Kontaktmittel auf
der Leiterplatte berührt.
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Ferner
ist es vorteilhaft, an der Leiterplatte metallische Kontaktflächen
zum Anbringen des elektrischen Kontaktmittels vorzusehen. Somit
wird es möglich, auf diese metallischen Kontaktflächen
das elektrische Kontaktmittel auf einfache Weise aufzubringen, beispielsweise
bei einem elektrischen Kontaktmittel in Form eines Lötzinns,
das beispielsweise in einem Lötbad auf die Leiterplatte
aufgebracht wird und an metallischen Kontaktflächen haftet.
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Ferner
ist es vorteilhaft, das wenigstens eine Gehäuseteil elektrisch
isolierend auszuführen oder das Gehäuse auf andere
Weise gegenüber dem elektrischen Kontaktmittel zu isolieren,
da hierdurch eine möglicherweise störende elektrische
Leitung von einem Gehäuseteil zu der Leiterplatte und dem darauf
angeordneten elektrischen Kontaktmittel vermieden werden kann.
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Es
ist ferner vorteilhaft, ein weiteres Gehäuseteil vorzusehen,
sodass durch eine Verbindung des ersten und des zweiten Gehäuseteils
die Leiterplatte innerhalb des aus wenigstens den beiden Gehäuseteilen
gebildeten Gehäuses gelagert wird. Eine entsprechende Anordnung
eines elektrischen Kontaktmittels kann dabei nur gegenüber
dem ersten Gehäuseteil, aber auch gegenüber beiden
Gehäuseteilen vorgesehen sein, um eine Lagerung der Leiterplatte
zu ermöglichen, bei der die Erzeugung von Knarzgeräuschen
vermieden wird. Durch ein Abstützen der Leiterplatte gegen
eines der Gehäuseteile oder gegen beide Gehäuseteile
kann eine sichere Lagerung der Leiterplatte innerhalb des durch
die Gehäuseteile gebildeten Gehäuses des elektrischen Gerätes
ermöglicht werden.
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Vorteilhaft
ist das elektrische Gerät als eine Anzeigeeinheit für
ein Kraftfahrzeug ausgeführt, da derartige Anzeigeeinheiten
einerseits im langjährigen Einsatz im Fahrzeug starken
Vibrationen ausgesetzt sind und andererseits ein geräuschfreier
Betrieb eines elektrischen Geräts über eine breite
Temperaturspanne hinweg ermöglicht werden muss. Durch knappe
Einbauräume, Wärmeentwicklung und große Temperaturunterschiede
kann es durch die teilweise verschiedenartigen Ausdehnungsquotienten
von verwendeten Kunststoffen hierbei insbesondere über eine
mehrjährige Nutzung des Fahrzeugs zur Entstehung unerwünschter
Knarzgeräusche kommen. Durch eine erfindungsgemäße
Vermeidung dieser Knarzgeräusche, die für einen
Fahrer eines Fahrzeugs sehr störend sein können
und ihn von seiner Fahraufgabe ablenken können, kann somit
die Fahrsicherheit erhöht werden.
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Entsprechende
Vorteile ergeben sich für ein erfindungsgemäßes
Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Geräts, bei
dem ein elektrisches Kontaktmittel an Berührungsbereichen
der Leiterplatte zu einem Gehäuseteil entsprechend aufgebracht
wird. Eine besonders sichere Anordnung gewährleistet dabei
die Anordnung der Leiterplatte zwischen wenigstens zwei Gehäuseteilen.
Ferner ist eine besonders kostengünstige Realisierung eines
Aufbringens des elektrischen Kontaktmittels mittels eines Aufdruckens
oder eines Lötbads möglich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
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1 einen
Schnitt durch ein erfindungsgemäßes elektrisches
Gerät mit einem Kontakt zwischen einer Leiterplatte und
einem ersten Gehäuseteil,
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2 eine
Aufsicht auf eine Leiterplatte eines erfindungsgemäßen
elektrischen Geräts,
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
elektrischen Geräts in einem Ausschnitt in einer perspektivischen
Darstellung.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Elektrische
Geräte, insbesondere für die automobile Anwendung,
weisen heute oftmals Kunststoffgehäuse auf, da diese zum
einen elektrisch isolierend sind, einfach verbaut werden können
und auch kostengünstig beispielsweise in einem Spritzgussverfahren
herstellbar sind. Elektrische Schaltungen werden zudem heute meist
auf Leiterplatten aufgebracht, für die man jedoch aus Gründen
der Materialeigenschaften ein anderes Kunststoffmaterial verwendet,
als für Gehäuseteile eines elektrischen Geräts.
So verwendet man für Leiterplatten meistens mit im Oxidharz
getränkte Glasfasermatten (Materialkennung FR4, FR = flame
retardent). Für elektrische Gehäuse verwendet
man allerdings thermoplastische Kunststoffe wie z. B. ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat).
Diese beiden Kunststoffarten weisen jedoch unterschiedliche Materialeigenschaften
auf. An den Verbindungsstellen zwischen den. Leiterplatten und den
Gehäusedeckeln kommt es daher insbesondere bei Temperaturschwankungen
zu sogenannten Slip-Stick-Effekten, bei denen sich Spannungen zwischen
den Materialien aufbauen, die sich kurzfristig entladen und dabei
eine Geräuschentwicklung herbeiführen. Insbesondere
bei elektrischen Geräten, die in einem Innenraum eines
Kraftfahrzeugs montiert werden, können aufgrund der teilweise
recht hohen Temperaturunterschiede zwischen einem abgestellten,
ungeheizten bzw. ungekühlten Kraftfahrzeug und einem Kraftfahrzeug
im Fahrbetrieb mit Klimaregelung störende Geräusche insbesondere über
die Lebensdauer des Fahrzeugs hinweg auftreten. Auch wenn ein erfindungsgemäßes
elektrisches Gerät in anderen Bereichen außerhalb
des Kraftfahrzeugs, beispielsweise bei Haushaltsgeräten
oder bei Unterhaltungsgeräten, einsetzbar ist, wird die
vorliegende Erfindung zur einfachen Vermeidung solcher störender
Knarzgeräusche im Folgenden am Beispiel eines Anzeigeinstruments
in einem Kraftfahrzeug erläutert.
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Derartige
Anzeigeinstrumente in einem Kraftfahrzeug werden in dem Bereich
einer Instrumententafel eines Fahrzeugs montiert. Sie sind beispielsweise
derart ausgeführt, dass sie eine transparente Kunststoffabdeckung
aufweisen, hinter der eine Ziffernblatt-Ebene angeordnet ist. Hinter
dieser Ebene befindet sich dann eine Leiterplatte mit Ansteuerungselektronik
für die Anzeigelemente des Anzeigeinstruments. Somit muss
ein recht großes Bauvolumen durch das Gehäuse
umschlossen werden und zugleich muss die Leiterplatte in dem Gehäuse störungsfrei
und sicher gelagert werden.
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In
der 1 ist ein Teilbereich eines derartigen Anzeigeinstruments 1 gezeigt,
bei der zwischen einem ersten Gehäuseteil 11 und
einem zweiten Gehäuseteil 12 eine Leiterplatte 2 angeordnet
ist. Die Leiterplatte 2 trägt hier ein elektrisches
Bauteil 3, des beispielsweise als ein SMD-Bauteil ausgeführt
ist. Über Kontakte 4, 5 aus einem elektrischen
Kontaktmittel kontaktiert das elektrische Bauteil 3 Leiterbahnen 6, 7 die
auf der und/oder durch die Leiterplatte 2 verlaufen. Das
erste Gehäuseteil 11 ist in einer ersten Ausführungsform
ein Gewinde 8 angeformt, in das eine Schraube 9 eingelassen
ist, sodass die Schraube 9 von dem Gewinde 8 des
ersten Gehäuseteils 11 in ein Gewinde 10 des
zweiten Gehäuseteils 12 eingreift. Durch die Schraube 9 wird
das erste Gehäuseteil 11 gegen das zweite Gehäuseteil 12 gehalten. Dabei
stützt sich ein Stützfuß 13 des
ersten Gehäuseteils 11 gegen die Leiterplatte 2 ab.
In demjenigen Bereich, in dem der Stützfuß 13 die
Leiterplatte 2 berührt, ist ein ebenfalls elektrisches Kontaktmittel 20 in einem
Bereich 21 auf die Leiterplatte 2 aufgebracht. Erfindungsgemäß wird
für die elektrischen Kontakte 4, 5 sowie
für das elektrische Kontaktmittel 20 das gleiche
Material verwendet. In einer weiteren Ausführungsform kann
auch das erste Gehäuseteil 11 eine Durchgangsbohrung
aufweisen. Auf eine Ausbildung eines Gewindes kann bei einer selbstfurchenden Schraube
und hieran angepasste Bohrungen verzichtet werden, beispielsweise
eine PT-Schraube.
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In
einer ersten Ausführungsform wird Lötzinn als
ein elektrisches Kontaktmittel verwendet. Das Lötzinn wird
dabei auf eine entsprechende metallische Kontaktfläche 21 aufgebracht,
die auf der Leiterplatte 2 vorgesehen ist. Die metallische
Kontaktfläche 21 wird in einer ersten Ausführungsform
beispielsweise entsprechend den Leiterbahnen 6, 7 in einem Ätzbad
aus einer zuvor auf die Leiterplatte 2 aufgebrachten Metallschicht
so herausgeätzt, dass lediglich die Bereiche 6, 7, 21 und
auch weitere Leiterbahnen auf der Leiterplatte 2 metallisiert
bleiben. Die metallische Kontaktfläche 21 ist
insbesondere als eine dünne Kupferschicht entsprechend
einer allgemein üblichen Kupfer-Leiterbahn ausgeführt.
Während des Lötbades erfolgt auf Lötstoplack-freien Oberflächen
eine entsprechende Bedeckung der Kupferfläche mit dem flüssigen
Lötzinn. Wird die Leiterplatte 2 also in ein Lötbad
getaucht, so haftet Lötzinn an den metallischen Bereichen 6, 7, 21 an. Das
Lötzinn 20 bildet auf dem Bereich 21 einen
Film, der sich über den metallischen Bereich 21 erstreckt. Durch
die Schraubverbindung mittels der Schraube 9 kommt es zu
einer Druckkontaktierung des Stützfußes 13 gegenüber
dem elektrischen Kontaktmittel 20. Indem nun der Stützfuß 13 auf
dem Lötzinn aufliegt, kann ein besseres Knarz-Verhalten
erreicht werden, also eine Verringerung des Slip-Stick-Effekts gegenüber
einer Kontaktierung des ersten Gehäuseteils 11,
bestehend beispielsweise aus ABS, mit der Leiterplatte, beispielsweise
aus Epoxydharz.
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Ein
gegebenenfalls noch besseres Ergebnis kann bei einer Verwendung
von Carbon-Leitlack als ein elektrisches Kontaktmittel erreicht
werden. Die Auftragung des Carbon-Leitlacks erfolgt mittels Lotauftrag
auf lötstoplackfreien Kupferflächen. Entsprechend
kann somit der Carbon-Leitlack nicht nur für einen Auftrag
des elektrischen Kontaktmittels 20 in dem Bereich 21,
sondern auch zur Herstellung der elektrischen Kontakte 4, 5 verwendet
werden. Als überraschender Effekt hat sich hierbei gezeigt,
dass der in dem Carbonlack enthaltende Ruß- bzw. Grafitanteil
eine Schmierwirkung erzeugt, die den Slip-Stick-Effekt günstig
beeinflusst und ein Knarzen verhindert. In einer anderen Ausführungsform
kann der Carbon-Leitlack auch in einem Siebdruckverfahren auf die
Leiterplatte 2 aufgebracht werden. Hierbei können
in einem Druckvorgang sowohl der Bereich 21 zumindest teilweise
abgedeckt, als auch die elektrischen Kontakte 4, 5 auf
der Leiterplatte 2 hergestellt werden.
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Bei
einer Leiterplatte, bei der ein elektrisches Kontaktmittel 20 auf
beiden Seiten der Leiterplatte aufgebracht wird, kann auch in einer
weiteren Ausführungsform entsprechend auf der dem Bereich 21 abgewandten
Seite zu einem Stützelement 14 des zweiten Gehäuseteils 12 ein
entsprechender Auftrag eines elektrischen Kontaktmittels erfolgen.
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Ein
elektrisches Kontaktmittel zum Verhindern des Slip-Stick-Effekts
kann an mehreren Stellen der Leiterplatte, auch beispielsweise über
einen gesamten Rand der Leiterplatte in entsprechender Weise aufgebracht
sein. In einer weiteren Ausführungsform sind entsprechende
Kontaktbereiche jedoch auf diejenigen Stellen beschränkt,
die benachbart zu einer Befestigung des ersten Gehäuseteils 11 gegenüber
einem weiteren Gehäuseteil 12 beispielsweise durch
eine Schraubverbindung, eine Klebeverbindung oder eine Rastverbindung
gegeben sind, da in diesen Bereichen besonders hohe Drücke
zwischen den Gehäuseteilen auftreten und damit auf die
Leiterplatte zwischen den beiden Gehäuseteilen wirken.
In einer anderen Ausführungsform ist es auch möglich, dass
die Leiterplatte 2 nur ein Gehäuseteil berührt und
beispielsweise durch eine Schraub- oder Rastverbindung an anderer
Stelle gegen das Gehäuseteil gepresst wird. Die Kontaktierung
entsprechend der 1 über das elektrische
Kontaktmittel 20 in dem Bereich 21 kann dann gegenüber
dem ersten Gehäuseteil 11 in gleicher Weise erfolgen.
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Ist
das Gehäuse aus einem nichtleitenden Kunststoffmaterial
ausgeführt, ist keine weitere elektrische Isolierung zwischen
dem ersten Gehäuseteil 11 und dem elektrischen
Kontaktmittel 20 erforderlich. Für den Fall, dass
das erste Gehäuseteil jedoch aus einem Leiter, beispielsweise
aus Metall, oder aus einem leitfähig ausgebildeten Kunststoff
ausgeführt ist, in den beispielsweise leitfähige Partikel
eingebracht sind, z. B. Graphit, so kann eine Isolierung des ersten
Gehäuseteils 11 gegenüber dem elektrischen Kontaktmittel 20 gewünscht
sein. Hierzu kann eine Isolationsschicht auf den Stützfuß 13 aufgebracht werden,
mit der sich das erste Gehäuseteil 11 gegenüber
dem elektrischen Kontaktmittel 20 in dem Bereich 21 auf
der Leiterplatte 2 abstützt. In einer weiteren
Ausführungsform könnte es aber auch sogar gewünscht
sein, dass in diesem Fall das elektrische Kontaktmittel über
die Leiterplatte 2 mit beispielsweise Masse verbunden ist,
sodass auch das erste Gehäuseteil 11 damit auf
Masse gelegt wird. Damit wird einerseits eine Masseanbindung und
andererseits eine Entknarzung der Verbindung zwischen der Leiterplatte 2 und
dem ersten Gehäuseteil 11 erreicht.
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In
der 2 ist eine Aufsicht auf einen Ausschnitt aus der
Leiterplatte 2 dargestellt. Der Bereich mit dem elektrischen
Kontaktmittel 20 ist in diesem Fall rechteckförmig
ausgeführt. Vorzugsweise ist die Fläche des Auftrags
des elektrischen Kontaktmittels 20 geringfügig
größer als der Querschnitt des Stützfußes 13,
damit geringe Fertigungstoleranzen oder thermisch bedingte Verschiebungen
ausgeglichen werden können und ein Kontakt zwischen der
Fläche des Stützfußes 13 des
ersten Gehäuseteils 11 mit der übrigen
Oberfläche der Leiterplatte 23 vermieden werden
kann. Ferner sind auf der Oberfläche der Leiterplatte elektrische
Bauelemente 15, 16 montiert, die jeweils über
elektrische Kontakte 17 Leiterbahnen 18 auf der
Leiterplatte 23 kontaktieren. Die elektrischen Kontakte 17 sind
vorzugsweise aus demjenigen elektrischen Kontaktmittel gebildet,
das auch das elektrische Kontaktmittel 20 zum Abstützen
des ersten Gehäuseteils realisiert.
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In
der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
dargestellt, in dem ein Gehäusedeckel 31 mit einem
Trägerelement 32 verschraubt wird. Der Deckel 31 stellt
ein erstes Gehäuseteil dar, das eine Kontaktfläche 33 aufweist,
die auf einer Leiterplatte 34 aufliegt. In demjenigen Bereich,
in dem die Kontaktfläche 33 die Leiterplatte 34 berührt,
ist ein elektrisches Kontaktmittel 35 in Form eines Carbon-Leitlacks
auf die Leiterplatte 34 aufgebracht. Ferner ist auf der
Leiterplatte 34 ein elektrisches Bauelement 36,
beispielsweise ein integrierter Schaltkreis, aufgebracht, der über
Leiterbahnen 37 über die Leiterplatte 34 kontaktiert
wird. Eine in der 3 nicht dargestellte Schraube
wird entsprechend der Achse 38 durch eine Bohrung 39 in
den Deckel 31 geführt. Eine Aussparung in dem
Träger 40 ermöglicht es, die Schraube
ein Stück parallel zu dem Träger 40 bis
in eine Bohrung 41 mit einem Gewinde in dem Träger 32 zu führen.
Die Aussparung wird dabei von einer Frontblende 43 abgedeckt,
die wiederum von einem unteren Rand 42 des Deckels 31 übergriffen
wird. Nach einem Anziehen der Schraube wird mit der durch die Schraubverbindung
hervorgerufene Anpresskraft die Fläche 33 des
Deckels 31 auf das elektrische Kontaktmittel gedrückt,
also auf den Carbonleitlackauftrag 35 auf der Leiterplatte 34.
Nach Verschraubung des Deckels gegenüber dem Träger 32 ist
das elektrische Gerät fertig gestellt und kann im Kraftfahrzeug weiter
verbaut werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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