-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lösen von miteinander verbundenen
Bauteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
In
der Kraftfahrzeugtechnik werden üblicherweise
Steuergeräte
verwendet, bei denen auf Leiterplatten angeordnete elektrische oder
elektronische Bauelemente in hermetisch abgeschlossenen Gehäusen angeordnet
sind, um die Bauelemente vor äußeren Einflüssen wie
zum Beispiel hohen Temperaturen oder den Eintritt von Medien zu
schützen.
Die Gehäuse
der Steuergeräte
weisen typischerweise einen Gehäusedeckel
und einen Gehäuseboden
auf, die an ihrem äußeren Randbereich
miteinander verklebt sind, um eine Abdichtung des Gehäuses sicherzustellen.
Aus dem Gehäuse
ragt eine Steckeranschlussleiste hervor, in der Steckeranschlussfahnen angeordnet
sind, die mit den im Gehäuse
befindlichen Bauelementen über
die Leiterplatte elektrisch verbunden sind. Über einen Gegenstecker ist
die Steckeranschlussleiste wiederum mit dem Kabelbaum des Kraftfahrzeugs
verbunden. Die Steckeranschlußleiste
ist auf der dem Gehäuseboden
zugewandten Seite ebenfalls mit dem Gehäuseboden über eine Klebeverbindung verbunden.
Ferner weist der Gehäusedeckel
eine der Form der Steckeranschlussleiste angepasste Ausnehmung auf,
in der sich ebenfalls eine Abdichtung in Form einer Klebeverbindung
befindet. Zusätzlich
sind wärmeabgebende
Bauelemente des Steuergeräts über Wärmeleitpasten
in Anlagekontakt mit dem Gehäusedeckel oder
dem Gehäuseboden
angeordnet.
-
Kommt
es zum Ausfall des Steuergerätes,
so ist es wünschenswert,
dass das Steuergerät
entweder repariert werden kann, oder dass die in dem Steuergerät vorhandenen,
unversehrten Bauelemente beispielsweise als Ersatzteile für andere
defekte Bauelemente weiterverwendet werden können. Hierzu ist es erforderlich,
dass die miteinander verbundenen, insbesondere miteinander verklebten
Gehäuseteile
gelöst
werden können,
um insbesondere an die im Inneren des Gehäuses angeordneten Bauelemente
auf den Leiterplatten zu gelangen.
-
Es
ist bereits ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt,
bei dem die miteinander durch einen Klebstoff verbundenen Bauteile, insbesondere
die Gehäusebauteile
des Steuergeräts,
teilweise mechanisch zerstört
werden, indem beispielsweise der Gehäusedeckel durch einen Fräsvorgang
im Bereich der Klebeverbindung aufgefräst wird. Problematisch dabei
ist, dass bei dem Fräsvorgang
sehr hohe mechanische Kräfte
auf das Steuergerät
einwirken und somit eine Beschädigung
bzw. Vorschädigung
der innerhalb des Steuergerätes
vorhandenen Bauelemente nicht ausgeschlossen werden kann.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die
Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren
zum Lösen
von miteinander verbundenen Bauteilen derart weiterzubilden, dass Beschädigungen
von nahe den Bauteilen angeordneten wärmeempfindlichen oder mechanisch
empfindlichen Bauelementen zumindest weitestgehend ausgeschlossen
werden können.
Insbesondere sollen beim Lösen
der Bauteile keine hohen mechanischen Spannungen oder hohen Temperaturen
auftreten, die auf die Bauelemente übertragen werden könnten. Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Lösen von miteinander verbundenen
Bauteilen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Grundidee der Erfindung
besteht darin, lediglich in den Bereichen der Bauteile, in denen
diese durch die chemische Substanz durch Stoffschluss miteinander verbunden
sind, Energie durch einen Elektronenstrahl oder einen Laserstrahl
einzuleiten. Durch diese örtlich
und zeitlich begrenzte Energieeinwirkung ist gewährleistet, dass die von den
Bauteilen geschützten
Bauelemente nicht geschädigt
oder vorgeschädigt
werden können.
Insbesondere lassen sich durch die Verwendung eines Elektronenstrahls
oder eines Laserstrahls auch mechanische Belastungen auf die Bauelemente
vermeiden.
-
Als
chemische Substanzen sind auch derartige Substanzen zu verstehen,
die neben einer Verbindung auch noch weitere Funktionen erfüllen, beispielsweise
das Abdichten, die Wärmeleitung
oder die Schockabsorbtion der miteinander verbundenen Teile. So
sind auch haftende Dichtmaterialien, Wärmeleitkleber oder flexible
vibrationsisolierende Haftmaterialien unter derartigen chemischen
Substanzen zu verstehen.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Lösen von
miteinander verbundenen Bauteilen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest
zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten
Merkmalen.
-
In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Bauteile
und der Elektronenstrahl oder der Laserstrahl während der Einwirkung des Elektronenstrahls
oder des Laserstrahls auf die Bauteile in einem Vakuum angeordnet
sind. Dadurch lässt
sich die Bewegung des Elektronenstrahls oder des Laserstrahls in
einfacher Weise steuern und zusätzlich
werden Sauerstoff benötigende
chemische Reaktionen der Substanz vermieden.
-
Um
eine einfache Steuerung des Elektronenstrahls oder des Laserstrahls
zu ermöglichen
und einen gleichmäßigen Energieeintrag
in die Bauteile zu erzielen ist es vorteilhaft, wenn der Elektronenstrahl oder
der Laserstrahl mit gleichförmiger
Vorschubgeschwindigkeit entlang des wenigstens einen Bereichs, der
Vertiefung oder der Nut bewegt wird.
-
Eine
einfache Anordnung der Vorrichtung zur Erzeugung des Elektronenstrahls
oder des Laserstrahls und Anordnung der Bauteile zum Elektronenstrahl
oder Laserstrahl lässt
sich verwirklichen, wenn die Einleitung des Elektronenstrahls oder
des Laserstrahls auf die Bauteile von einer Seite der Bauteile her
erfolgt, so dass der wenigstens eine Bereich, die Vertiefung oder
die Nut von dem Bauteil überdeckt ist.
-
Um
die thermische Belastung der Bauelemente zu minimieren ist es in
einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, dass die Einbringung
der Energie durch den Elektronenstrahl oder den Laserstrahl in einen
Bereich in zwei aufeinander fol genden Schritten jeweils von der
Mitte des Bereichs zu den jeweils entgegengesetzten Randzonen hin
erfolgt.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist wirtschaftlich insbesondere bei der Aufarbeitung von Steuergeräten in Kraftfahrzeugen
einsetzbar. Diese Steuergeräte
umfassen in einer bevorzugten Anwendung des Verfahrens zumindest
einen Gehäuseboden
und einen Gehäusedeckel,
sowie zumindest eine die elektrischen oder elektronischen Bauelemente
tragende Leiterplatte und eine mit der Leiterplatte elektrisch verbundene
Steckeranschlussleiste.
-
Um
eine einfache Bewegungssteuerung des Elektronenstrahls oder des
Laserstrahls zu ermöglichen
und die Wärmeabgabe
an die empfindlichen Bauelemente zu minimieren ist es darüber hinaus
in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen,
dass die Gehäusebauteile
vor der Einwirkung des Elektronenstrahls oder des Laserstrahls insbesondere
mechanisch vorbearbeitet werden, derart, dass die Energieabsorbtion
der Gehäusebauteile
entlang eines Verfahrwegs des Elektronenstrahls oder des Laserstrahls
zumindest annähernd
gleich ist.
-
Um
eine Vorschädigung
der empfindlichen Bauelemente zu vermeiden ist es darüber hinaus
vorteilhaft, wenn die mit der Leiterplatte elektrisch verbundenen
Steckeranschlusspins der Steckeranschlussleiste vor der Einwirkung
des Elektronenstrahls oder des Laserstrahls durch ein Abdeckmittel geschützt werden.
-
Eine
hohe Energieübertragung
in die chemische Substanz lässt
sich erzielen, wenn der Gehäuseboden
und der Gehäusedeckel
aus Metall bestehen, da durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Metalls die Energie
in hohem Maße
und schnell in die chemische Substanz eingeleitet wird.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Diese zeigt in:
-
1 eine
perspektivische Ansicht auf ein Steuergerät, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
geöffnet
werden soll;
-
2 einen
Teilbereich des Steuergerätes gemäß der 1,
der mechanisch vorbearbeitet wird, ebenfalls in perspektivischer
Ansicht;
-
3 einen
Gehäuseboden,
der bei dem Steuergerät
gemäß 1 verwendet
wird in einer Ansicht von unten, und
-
4a und 4b ein
geöffnetes
Steuergerät
in einer perspektivischen Ansicht.
-
In 1 ist
ein Steuergerät 10 dargestellt, welches
zum Beispiel als Motorsteuerungsgerät in einem Kraftfahrzeug eingesetzt
wird. Das Steuergerät 10 weist
ein metallisches Gehäuse 11 auf,
welches im Wesentlichen aus einem Deckel 12 und einem Boden 13 (3)
besteht. Während
der Boden 13 insbesondere aus einem Aluminiumblech besteht
und durch einen spanlosen Fertigungsprozess wie Tiefziehen hergestellt
ist, besteht der Deckel 12 insbesondere ebenfalls aus Aluminium
und ist als Druckgussteil ausgebildet. Dadurch, dass der Deckel 12 als
Druckgussteil ausgebildet ist, können
Bereiche mit unterschiedlichen Materialstärken bzw. Materialdicken ausgebildet
werden. Die Befestigung des Steuergerätes 10 beispielsweise
in dem Motorraum des Kraftfahrzeuges erfolgt über vier Durchgangsbohrungen 15,
die in domartigen Erhebungen des Deckels 12 sowie im Boden 13 ausgebildet
sind. Ferner erkennt man in der 1 parallel
an den Längsseiten
des Steuergerätes 10 zwei
Bereiche 17, 18, in denen der Kühlung dienende
Kühlrippen 20 im
Deckel 12 ausgebildet sind.
-
Aus
der einen Stirnseite 21 des Steuergerätes 10 ragt eine Steckeranschlussleiste 22 heraus. Die
aus Kunststoff bestehende Steckeranschlussleiste 22 ist
in einer entsprechenden Ausformung des Deckels 12 aufgenommen
und liegt mit ihrer dem Boden 13 zugewandten Seite auf
diesem auf.
-
Wie
man anhand der 4a erkennt, ist im Innenraum
des Steuergerätes 10 eine
elektrische bzw. elektronische Bauelemente 24 tragende
Leiterplatte 25 angeordnet. Ferner erkennt man in der 4a bügelartige
Steckeranschlusspins 26, die einerseits mit der Leiterplatte 25 elektrisch
kontaktiert sind und andererseits in die Steckeranschlussleiste 22 hineinragen.
Die Steckeranschlussleiste 22 ist wiederum mittels eines
nicht dargestellten Gegensteckers mit dem Kabelbaum des Kraftfahrzeuges
verbindbar.
-
Um
den Deckel 12, den Boden 13 sowie die Steckeranschlussleiste 22 des
Steuergerätes 10 miteinander
zu verbinden und andererseits das Steuergerät 10 gegen den Eintritt
von Umwelteinflüssen
wie Dämpfen
und/oder Chemikalien zu schützen,
sind der Deckel 12 und der Boden 13 mittels einer
chemischen Substanz, insbesondere eines Klebstoffes stofftschlüssig miteinander
verbunden bzw. verklebt. Ferner ist ebenfalls die Steckeranschlussleiste 22 einerseits
mit dem Boden 13 und andererseits mit dem Deckel 12 verklebt.
Weiterhin sind auch Teilbereiche der Leiterplatte 25 mit
dem Deckel 12 über
eine wärmeleitfähige Verklebung
miteinander verbunden, um die Wärmeabfuhr
von wärmeerzeugenden
Bauteilen an die Umgebung zu erleichtern. Die Verbindung zwischen
dem Deckel 12 und dem Boden 13 erfolgt im Ausführungsbeispiel
mittels einer umlaufenden, geschlossenen Kleberaupe 27 (4b),
die im Randbereich des Gehäuses 11 angeordnet
ist. Hierzu ist, wie man am besten anhand der 3 erkennt,
in dem Boden 13 eine umlaufende, rinnenartige Vertiefung 28 eingeprägt. In dieser
Vertiefung 28 ist der Klebstoff in Form der Kleberaupe 27 eingebracht
und der Deckel 12 insbesondere mit seiner planen, dem Boden 13 zugewandten
Unterseite bei fertig montiertem Gehäuse 11 gegen die Kleberaupe 27 gedrückt. Wie
man anhand der 3 ferner erkennt, ist die Vertiefung 28 an
den Stirnseiten des Bodens 13 im Wesentlichen geradlinig
ausgebildet, wobei beispielsweise die Durchgangsbohrungen 15 sowie zwei
weitere, der Montage oder Halterung des Steuergeräts 10 dienende
Aufnahmen 30 klebstofffrei sind, indem die Vertiefung 28 um
die Durchgangsbohrungen 15 bzw. die Aufnahmen 30 bogen-
bzw. halbkreisförmig
herumgeführt
ist.
-
Wesentlich
ist noch, dass auf der Seite der Steckeranschlussleiste 22 die
in der Vertiefung 28 befindliche Kleberaupe 27 nicht
mit dem Deckel 12, sondern mit der zugewandten Unterseite
der Steckeranschlussleiste 22 verklebt bzw. verbunden ist.
Ferner ist in der 3 im Boden 13 im Bereich
der Steckeranschlussleiste 22 noch ein streifenförmiger Bereich 32 markiert,
der mit einem Wärmeleitklebstoff behandelt
ist und der der Verbindung des Bodens 13 mit der Steckeranschlussleiste 22 sowie
der Wärmeabfuhr
dient.
-
Um
die dem Deckel 12 zugewandte Oberseite sowie die Seitenflächen der
Steckanschlussleiste 22 mit dem Deckel 12 dicht
zu verbinden, ist in einer Nut 35 des Deckels 12 (4b)
eine zusätzliche
Kleberaupe 36 eingebracht. Ferner erkennt man anhand der 4b an
der Deckelinnenseite zwei Bereiche 37, 38, die
bei montiertem Steuergerät 10 unter
Zwischenlage eines Wärmeleitklebers 34 in
Anlagekontakt mit der Leiterplatte 25 sind, um die im Steuergerät 10 produzierte
Wärme über die
Kühlrippen 20 an die
Umgebung abzustrahlen.
-
Um
das in der 1 dargestellte geschlossene
Steuergerät 10 zu öffnen, müssen die
durch die die Kleberaupen 27, 36 geschaffenen
Verbindungen zwischen dem Deckel 12, dem Boden 13 und
der Steueranschlussleiste 22 aufgetrennt werden. Ferner muss
der Wärmeleitklebstoff
im Bereich 32 sowie der Wärmeleitkleber 34 in
den Bereichen 37 und 38 in seiner Wirkung deaktiviert
werden.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass dies mittels einer einen Elektronenstrahl 39 erzeugenden Vorrichtung 40 erfolgt
(2), wobei der Elektronenstrahl 39 nur
in die Bereiche des Steuergeräts 10 eingebracht
wird, in denen die oben genannten Klebeverbindungen aufgehoben werden
sollen. Vorzugsweise ist die Vorrichtung 40 hierzu zusammen
mit dem Steuergerät 10 in
einem Raum 41 angeordnet, in dem ein Vakuum herrscht. Die
Bewegung des Elektronenstrahls 39 entlang eines Verfahrweges 42 erfolgt
dabei entweder über
eine entsprechende Bewegung der Vorrichtung 40, oder aber über eine
Ablenkung des Elektronenstrahls 39 über eine Einrichtung 43 zur
Erzeugung elektromagnetischer Felder, die die Richtung des Elektronenstrahls 39 steuert.
-
Bevor
der Elektronenstrahl 39 auf die Klebeverbindungen einwirkt,
kann es erforderlich sein, das Steuergerät 10 mechanisch vorzubearbeiten.
Ziel der Vorbearbeitung ist es, dass Materialanhäufungen entlang des Verfahrweges 42 des
Elektronenstrahls 39 vermieden werden, so dass bei einer
konstanten Vorschubgeschwindigkeit des Elektronenstrahls 39 stets
dieselbe Energiemenge pro Zeiteinheit in den Bereich der Klebeverbindungen
gelangt und es insbesondere vermieden wird, dass sich das Gehäuse 11 unnötig aufheizt.
-
So
erkennt man beispielhaft anhand 2, dass
entlang einer Seitenkante 44 im Bereich der domartigen
Erhöhungen
und der Durchgangsbohrungen 15, sowie an Flächen 45,
an denen die Kühlrippen 20 angeordnet
sind, der Deckel 12 mit tels eines spanenden Abtragprozesses,
insbesondere mittels eines Fräsvorganges,
vorbearbeitet wurde, indem das entsprechende Material abgetragen
bzw. entfernt wurde.
-
Nach
dieser mechanischen Vorbereitung des Gehäuses 11 erfolgt anschließend der
Einsatz des Elektronenstrahls 39 in mehreren Arbeitsschritten:
In einem ersten Arbeitsschritt wird der Elektronenstrahl 39 zum
Lösen des
Bodens 13 auf die Unterseite des Gehäuses 11 gerichtet,
indem der Elektronenstrahl 39 bei einer Vorschubgeschwindigkeit
von ca. 1 m/min, einem Strahlstrom von 11 mA und einer Kreispendelung
entlang der Kontur der Vertiefung 28 geführt wird,
wobei die Amplitude der Kreispendelung so groß ist, dass der Querschnitt
der Kleberaupe 27 vollständig überdeckt wird.
-
Anschließend erfolgt
in einem zweiten Arbeitsschritt das Einbringen des Elektronenstrahls 39 in
den Bereich 32 mittels einer Stichpendelung bei einem Strahlstrom
von 17 mA, wobei die Bewegung des Elektronenstrahls 39 gemäß der Pfeile 46, 47 jeweils
von der Mitte des Bereichs 32 zu dem Randbereich hin erfolgt,
um den Wärmevorlauf
zu minimieren. Anschließend
kann der Boden 13 vom Verbund, bestehend aus Deckel 12 und
Steckeranschlussleiste 22 getrennt werden.
-
Dann
wird zum Entfernen des Deckels 12 in einem dritten Arbeitsschritt
der Elektronenstrahl 39 entlang der Nut 35 verfahren.
Dazu erfolgt zunächst ein
Abfahren des Deckels 12 entlang der Oberseite der Steckeranschlussleiste 22 und
entlang der Seitenkanten 44. Hierbei wird bevorzugt eine
Rechteckpendelung bei einem Strahlstrom von 25 mA angewandt.
-
Dann
wird in einem vierten Arbeitsschritt zum Deaktivieren des Wärmeleitklebers 34 der
Elektronenstrahl 39 auf die Bereiche 37, 38 des
Deckels 12 gerichtet.
-
Somit
sind alle relevanten Klebeverbindungen des Gehäuses 11 gelöst und die
einzelnen Gehäusebestandteile
können
mechanisch, ohne große Spannungen
in der Leiterplatte 25 zu erzeugen, voneinander getrennt
werden.
-
Ergänzend wird
erwähnt,
dass das Steuergerät 10 während der
ganzen Behandlung mit dem Elektronenstrahl 39 nicht aufgespannt
ist, um die Einleitung von mechanischen Spannungen in das Steuergerät 10 zu
vermeiden. Je nach Ge häusekonstruktion
kann es auch ggf. erforderlich sein, zusätzliche mechanische Bearbeitungsschritte,
beispielsweise das Entfernen der Kleberaupen, vorzusehen. Insgesamt
jedoch ist es erfindungswesentlich, dass das Deaktivieren der Klebeverbindungen
durch einen Elektronenstrahl 39 erfolgt. Ferner kann es
vorgesehen sein, beispielsweise die innerhalb der Steckeranschlussleiste 22 angeordneten
Anschlusspins 26 mittels eines Abdeckelements vor dem Elektronenstrahl 39 zu
schützen.
-
Ergänzend wird
weiterhin erwähnt,
dass es anstelle eines Elektronenstahls 39 auch möglich ist, einen
Laserstrahl zu verwenden. Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass
der Laserstrahl mittels eines Diodenlasers erzeugt wird. Die Verwendung
des Elektronenstrahls 39 im Gegensatz zur Verwendung eines
Laserstrahls hat den Vorteil, dass die Energie sehr präzise und
auf einen sehr kleinen lokal fokusierten Bereich der Bauteile eingebracht
werden kann.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
beschränkt
sich natürlich
nicht auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist
die Anwendung auf konstruktiv beliebig gestaltete und in einem Bereich,
einer Vertiefung oder einer Nut mit einer chemischen Substanz stoffschlüssig verbundenen
Bauteilen denkbar. Die Verfahrgeometrie beispielsweise des Elektronenstrahls 39 ist
natürlich
an die vorliegende, zu lösende
Kontur anzupassen. Ebenso die zu verwendeten Verfahrensparameter,
beispielsweise der Strahlstrom, die in einfachen Vorversuchen ermittelt
werden können.