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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet elektronischer
Baugruppen, in denen zur Verbesserung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften
eine Einbettung in Vergussmaterial erforderlich ist.
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Bei
der Herstellung elektronischer Komponenten für viele Anwendungszwecke ist
es nach der Bestückung
entsprechender Trägermaterialien,
etwa beispielsweise von Leiterplatten, oder anderen Baugruppenträgern mit
integrierten Leiterbahnabschnitten und dergleichen, häufig erforderlich,
zumindest gewisse Komponenten in ein geeignetes dielektrisches Material
einzubetten, um damit ein gewisses gefordertes Verhalten der elektronischen
Baugruppe zu erreichen. Beispielsweise kann für gewisse elektronische Baugruppen
das mechanische Verhalten unter anspruchsvollen Bedingungen verbessert
werden, wenn insbesondere große
und relativ schwere Komponenten, etwa Induktivitäten, Transformatoren, und dergleichen,
zusätzlich
zu den elektrischen Anschlüssen,
mit weiteren Mitteln mechanisch mit dem Trägersubstrat verbunden werden.
Beispielsweise gibt es viele Einsatzzwecke, in denen eine hohe mechanische
Rüttelbelastung
auftritt, wie dies etwa für elektronische
Komponenten in Fahrzeugen der Fall ist. Auch sind viele andere elektronische
Geräte,
die für
mobile Einsatzzwecke vorgesehen sind, erhöhten mechanischen Belastungen,
etwa Stoßbelastungen, und
dergleichen ausgesetzt. In anderen Situationen ist es erforderlich,
eine zuverlässige
Einbettung in ein Material mit hoher Spannungsfestigkeit zu gewährleisten,
wenn relativ hohe Spannungen zumindest in Teilbereichen der elektronischen
Schaltung zu verarbeiten sind. Durch die Einbettung in ein Vergussmaterial
wird eine deutlich höhere
Isolationsfestigkeit bei geringeren Abständen zu benachbarten elektronischen
Bauelementen im Vergleich zu einer Baugruppe erreicht, in der das
oder die in Frage stehenden elektronischen Komponenten von Luft
umgeben sind. Des Weiteren kann auch ein besseres Temperaturverhalten
gegebenenfalls erreicht werden, wenn die Vergussmasse speziell so
gewählt
wird, dass diese ein erhöhtes
Wärmeleitvermögen aufweist.
Das heißt,
durch die generell größere Oberfläche und durch
die unmittelbare Anbindung an zumindest das Trägermaterial ergibt sich ein
besseres Wärmeaustauschverhalten
der Bauteiloberfläche
mit der Umgebung, da die Vergussmasse als Wärmeleitmedium dienen kann.
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Aus
diesen Gründen
ist es insbesondere in Anwendungen, in denen relativ hohe Spannungen bei
sehr kompakten Abmessung zu verarbeiten sind, eine bewährte Technik,
eine oder mehrere Hochspannung führende
Komponenten in Vergussmaterial einzubetten. Eine An wendung in dieser
Hinsicht sind Zündmodule
für Gasentladungsleuchten,
in denen relativ hohe Spannungen, beispielsweise einige 10000 Volt,
erforderlich sind, um beim Einschalten der Gasentladungsleuchte
den erforderlichen elektrischen Durchbruch in dem Gas zu erzeugen,
woraufhin dann der weitere Betrieb der Entladungsleuchte bei tieferen
Spannungen erfolgt. In derartigen Zündmodulen wird typischerweise
eine induktive Komponente, etwa ein Zündtransformator vorgesehen,
an dessen Sekundärwicklung
die hohe Zündspannung abgegriffen
und einem Hochspannungsanschluss der Gasentladungsleuchte, etwa
einer Xenonleuchte, zugeführt
wird. Zum Beispiel erfahren Gasentladungsleuchten, etwa Xenonleuchten,
eine zunehmende Anwendung als Scheinwerfer in allen Arten von Fahrzeugen
aufgrund der günstigen
Eigenschaften im Hinblick auf Lichtausbeute, Stromaufnahme und Haltbarkeit
des Leuchtmittels. Zum Betrieb der Entladungsleuchte im Fahrzeug
muss daher die relativ geringe Bordspannung von gegenwärtig 12
oder 24 Volt typischerweise in die hohe Zündspannung von beispielsweise
30000 Volt und mehr umgewandelt werden, während der weitere Betrieb dann
bei einer Spannung von mehreren 100 Volt erfolgt, die ebenfalls
aus der Bordspannung durch ein geeignetes Vorschaltgerät bereitgestellt
wird. Somit ist insbesondere eine zuverlässige elektrische Isolation
der die Hochspannung führenden
Komponenten, etwa des Zündtransformators
des Zündmoduls,
aber auch, zu einem etwas weniger ausgeprägten Maße, anderer Komponenten im
Zündmodul
und dem Vorschaltgerät
erforderlich.
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Aufgrund
der Anforderungen für
eine zunehmende Miniaturisierung insbesondere für elektronische Komponenten
im Fahrzeugbereich oder auch in vielen anderen Bereichen werden
die zur Verfügung stehenden
Isolationsstrecken geringer, während
die zu handhabenden Spannung gleichbleiben, so dass immer höhere Anforderungen
an die Zuverlässigkeit der
Isolation, insbesondere der Hochspannung führenden Bauelemente gestellt
werden. Gleichzeitig müssen
nicht nur hochwertige Vergussmaterialien eingesetzt werden, sondern
diese sind auch in zuverlässiger
und reproduzierbarer Weise zu verarbeiten, so dass gleichbleibend
die erforderlichen engen Toleranzbereiche bei der Montage elektronischer
Baugruppen nicht überschritten
werden. Das Einhalten eng vorgegebener Toleranzbereiche, etwa im
Hinblick auf die Abmessungen, die Qualität des Vergussmaterials und
insbesondere die Haftung an den umliegenden Trägermaterialien, ist insbesondere
auch wichtig, um die geforderten elektrischen Eigenschaften über die
gesamte veranschlagte Lebensdauer des Bauelements hinweg sicherzustellen.
Beispielsweise ist ein mangelfreies Einbetten der entsprechenden
elektronischen Baugruppe bzw. des entsprechenden elektronischen
Bauelements äußerst wichtig
im Hinblick auf Erreichen einer hohen mechanischen Stabilität auch bei
Auftreten hoher Belastungen, wie sie durch Rüttelbelastung, große Temperaturunterschiede
und des Weiteren. Beispielsweise können zyklisch auftretende hohe
Temperaturunterschiede, wie sie etwa in Fahrzeugen, und dergleichen
besonders häufig
anzutreffen sind, dazu führen, dass
entsprechende mechanische Verspannungen auftreten, die gegebenenfalls
zu erhöhten
Scherkräften
zwischen dem Vergussmaterial, dem Bauelement und gegebenenfalls
den Trägermaterialien
führen, die
eine geringfügige
Ablösung
des Vergussmaterials vom Bauelement und/oder vom umgebenden Trägermaterial
hervorrufen können.
Durch diese Unregelmäßigkeiten
kann sich die Isolationsfestigkeit ändern, da beispielsweise Feuchtigkeit,
Kontaminationen und dergleichen eindringen können. Auch in Kombination mit
den erhöhten
mechanischen Belastungen, die insbesondere im Fahrzeugbereich auftreten,
wird eine zunehmende Beeinträchtigung
des Isolationsverhaltens häufig
beobachtet. Bei der zunehmenden Miniaturisierung entsprechender
Baugruppen führt
unter Umständen
bereits eine geringe Unregelmäßigkeit,
die etwa durch die zuvor beschriebenen Mechanismen hervorgerufen
wird, zu einem unzuverlässigen
Verhalten oder gegebenenfalls zu einem totalen Ausfall der Baugruppe,
beispielsweise eines Zündmoduls,
das somit zu einem vorzeitigen Ausfall des Scheinwerfers führt, dessen
Leuchtmittel ansonsten eine wesentlich längere Standzeit aufweist. Eine
Beeinträchtigung
der Zuverlässigkeit
von Hochspannung führenden
elektronischen Baugruppen, etwa von Zündmodulen, wird bei zunehmender Verringerung
der Abstände
von Bauteilen beispielsweise aufgrund des Vorgangs zum elektrischen
Anschließen
des in Betracht stehenden Bauelements hervorgerufen. Zum Beispiel
werden Hochspannung führende
Zündtransformatoren
unter Anwendung von Schweißverfahren,
etwa durch Laserschweißen, oder
auch durch übliche
Lötverfahren
mit entsprechenden Leitbahnen nach der Bestückung des Baugruppenträgers verbunden.
Bei einem Verschweißen wird
etwa Schmauch an den angrenzenden Flächen des Trägermaterials abgeschieden,
die als Vergusskammer beim nachfolgenden Vergießen des Zündtransformators dienen. Aufgrund
der anwesenden Schmauchablagerungen wird jedoch beim nachfolgenden
Vorgang des Einfüllens
des Vergussmaterials in die entsprechende Vergusskammer und beim Ausheizen
und Aushärten
eine unzureichende Vergussanhaftung hervorgerufen, die wiederum
zu einer weniger zuverlässigen
Einbettung des Hochspannung führenden
Zündtransformators
führt.
Insbesondere bei kompakten Abmessungen sind die begrenzenden Seitenwandbereiche
der Vergusskammer, in die der Transformator eingesetzt wird, nur
mit einem relativ geringen Abstand zum Transformator vorgesehen
und führen
dazu zu einer stärkeren
Abscheidung von Kontaminationsmaterial. In ähnlicher Weise tritt eine Kontamination
der Vergusskammer beim Löten
auf, da hierbei ein Flussmittel erforderlich ist, das ebenfalls
zu einer beeinträchtigten
Vergussanhaftung beim nachfolgenden Vergießen führt. Eine ähnliche Problematik tritt auch
in vielen anderen elektronischen Baugruppen auf, in den einzelne
Bauelemente oder Bauelementgruppen lokal in ein Gussmaterial einzubetten
sind, während
andere Bereiche zunächst
zugänglich
bleiben sollen. Auch in diesen Situationen wird typischerweise eine
entsprechende Vergusskammer hergestellt, indem entsprechende Seitenwände im Substrat
vorgesehen werden, die das entsprechende Bauelement oder die Bauelementgruppen
umschließen.
Beim elektrischen Kontaktieren der infrage stehenden Bauelemente
kann es somit ebenfalls zu einer Kontamination der Vergusskammerinnenflächen kommen,
insbesondere wenn sehr kompakte Abmessungen erforderlich sind, so
dass auch hier eine unzuverlässige
Vergussanhaftung auftreten kann.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, Mittel anzugeben, mit denen eine verlässlichere Einbettung eines
oder mehrerer Bauelemente unter Vermeidung zumindest einiger der
zuvor beschriebenen Probleme gelingt.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die zuvor genannte Aufgabe
gelöst durch
ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe. Das
Verfahren umfasst das Fixieren eines elektrischen Bauelements auf
einer Grundplatte eines Baugruppenträgers und das Aufstecken einer
mit einer Einfüllöffnung versehenen
Vergusshülse
auf die Grundplatte, wobei die Vergusshülse das elektrische Bauelement
seitlich umschließt.
Das Verfahren umfasst ferner das Abdichten der Vergusshülse zu der
Grundplatte durch Zuführen
einer ersten Vergussmasse und Ausführen einer Wärmebehandlung,
um eine das elektrische Bauelement enthaltende Vergusskammer zu
bilden. Schließlich
wird das elektrische Bauelement durch Füllen der Vergusskammer durch
die Einfüllöffnung mit
einer zweiten Vergussmasse vergossen.
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Durch
dieses erfindungsgemäße Verfahren wird
es ermöglicht,
dass ein oder mehrere in Frage stehende elektronische oder elektrische
Bauelement zunächst
mit dem Trägermaterial
verbunden und bei Bedarf auch elektrisch angeschlossen werden, so dass
eine dabei auftretende Kontamination zumindest von Seitenflächen einer
Vergusskammer nicht erfolgt. Nach der Fixierung und dem elektrischen
Anschließen
des Bauelements wird dann die Vergusshülse, die einen beliebigen geeigneten
Querschnitt zum Umfassen des Bauelements besitzen kann, aufgesteckt,
um damit eine laterale Begrenzung einer Vergusskammer zu erzeugen.
Daher sind die entsprechenden inneren Seitenwandbereiche der Vergusshülse in einem
für das
spätere
Vergießen
vorteilhaften, nicht kontaminierten Zustand. Des Weiteren wird eine
Abdichtung der Vergusshülse
mit der Grundplatte des Baugruppenträgers durchgeführt, indem
zunächst
ein erstes Vergussmaterial lokal zwischen der Vergusshülse und
der Grundplatte vorgesehen und bei höherer Temperatur behandelt
wird. Somit wird nach dem Aushärten
des ersten Vergussmaterials eine zuverlässige Anbindung und somit Abdichtung
der Vergusshülse
zu der Grundplatte erreicht. Bekanntlich besitzen Vergussmaterialien
bei erhöhter
Temperatur eine sehr geringe Viskosität, so dass bei Vorhandensein
selbst kleinster Spalten und Zwischenräume ein Austritt des Vergussmaterials beim
Vergießvorgang
stattfindet. Aufgrund des Abdichtens der durch die Vergusshülse bereitgestellten Vergusskammer,
wird zunächst
nur eine geringe Menge des ersten Vergussmaterials lokal zwischen der
Grundplatte und der Vergusshülse
vorgesehen und ausgehärtet,
so dass entsprechende Spalte zuverlässig abgedichtet sind und somit
ein nachfolgender weiterer Vergussprozess zuverlässig ohne Materialwanderung
in benachbarte Bereiche folgen kann. Somit können beliebige Bereiche auf
der Grundplatte des Baugruppenträgers
für das
Vergießen
nach dem Bestücken
ausgewählt
werden und mit einer entsprechenden Vergusskammer lateral umschlossen
werden, wobei durch das Abdichten der Vergusshülse zuverlässige Bedingungen während des
eigentlichen Vergießens
des durch die Vergusshülse
ausgewählten
Bereichs erreicht werden. In vielen Anwendungszwecken ist gegebenenfalls
eine Temperung des Baugruppenträgers
nach der Bestückung
erforderlich, so dass das Abdichten der Vergusshülse im Rahmen dieses Wärmebehandlungsprozesses
stattfinden kann, ohne dadurch einen zusätzlichen Prozessschritt erforderlich
zu machen.
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In
einer weiteren anschaulichen Ausführungsform umfasst das Fixieren
des elektrischen Bauelements das Kontaktieren von Anschlüssen des elektrischen
Bauelements mit in der Grundplatte vorgesehenen Leiterbahnen. Auf
diese Weise kann die häufig
beim Herstellen der elektrischen Verbindungen auftretende Kontaminationen
keine Auswirkung zumindest auf Seitenflächen der nachfolgend herzustellenden
Vergusskammer ausüben.
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In
einer weiteren Ausführungsform
erstrecken sich die Anschlüsse
des elektrischen Bauelements durch Bohrungen der Grundplatte, wobei
die Bohrungen beim Kontaktieren abgedichtet werden. In diesem Falle
können
beispielsweise Anschlussdrähte
des elektrischen Bauelements durch die Grundplatte hindurchgeführt und
geeignet bearbeitet werden, etwa verlötet bzw. verschweißt werden,
wobei hierbei eine Anbindung an weitere Leiterbahnen erfolgt. Gleichzeitig
können
diese Bohrung mit geringer Toleranz bereitgestellt werden, so dass
ein zuverlässiges
Abdichten der Bohrungen beim Kontaktieren gewährleistet ist. Da her ergibt
sich eine abgedichtete Bodenfläche
für die
nachfolgend herzustellende Vergusskammer.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Fixieren
des elektrischen Bauelements das Verbinden eines im Bereich der
Vergusskammer aus der Grundplatte hervorstehenden Anschlussbereichs
einer Leiterbahn mit einem zugeordneten Anschluss des elektrischen
Bauelements vor dem Aufstecken der Vergusshülse. Durch diese Vorgehensweise
wird erreicht, dass separat zu kontaktierende Anschlüsse des
elektrischen Bauelements, etwa ein Hochspannungsanschluss eines
Zündtransformators
oder einer anderen induktiven Komponente, in gut zugänglicher
Weise mit einer geeigneten Leiterbahn, die zumindest abschnittsweise
im Material der Grundplatte eingebettet ist, verbunden werden kann,
ohne dass eine Kontamination von Seitenwänden der nachfolgend zu bildenden
Vergusskammer erfolgt. Wie eingangs erläutert ist, ist insbesondere die
elektrische Anbindung von Hochspannung führenden Anschlüssen bei
der zunehmenden Miniaturisierung von Baugruppen äußerst problematisch und führt in konventionellen
Verfahren, d. h. in Verfahren, in denen eine Vergusskammer vor dem
Bestücken des
Trägermaterials
bereitgestellt wird, zu schwierigeren Prozessbedingungen, da etwa
ansprechende Kontaminationen in sehr aufwendiger Weise entfernt werden
müssen
oder aber entsprechend größere Abstände der
Vergusskammerseitenwände
zu der in Frage stehenden Komponente vorgesehen werden müssen. In
der vorliegenden Erfindung kann der aus der Grundplatte hervorstehende
Anschlussbereich der Leiterbahn eine beliebige geeignete Länge aufweisen,
so dass sich auch ein relativ großer Abstand zu der Grundplatte
beim Verbindungsprozess ergibt, um damit eine etwaige Kontamination
der Fläche
der Grundplatte zu reduzieren. Somit können noch bessere Bedingungen
geschaffen werden, ohne dass jedoch die Abstände zu benachbarten elektronischen Bauelementen
zu vergrößern sind.
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Vorteilhafterweise
wird der Anschlussbereich der Leiterbahn mit dem zugeordneten Anschluss
des elektrischen Bauelements durch Verschweißen oder durch Löten mit
einem Flussmittel verbunden. Somit können bewährte Prozesstechniken eingesetzt
werden, ohne dass die nachteiligen, zuvor dargelegten Wirkungen
auftreten.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Zuführen der
ersten Vergussmasse die folgenden Schritte: zunächst wird eine Vergusseinrichtung
zur zeitweiligen Aufnahme der ersten Vergussmasse mit einer Öffnung vorgesehen,
die beim Aufstecken der Vergusshülse
von einer Seitenwand der Vergusshülse begrenzt wird; daraufhin
wird die erste Vergussmasse in die Vergusseinrichtung eingefüllt. Auf
diese Weise wird ein geeigne tes Reservoir für die Aufnahme des ersten Vergussmaterials
bereitgestellt, so dass eine definierte Menge in geeigneter Weise
im Zustand hoher Viskosität
angrenzend zu der Vergusshülse
positioniert werden kann. Dazu wird die Öffnung durch die Seitenwand der
Vergusshülse
ausreichend abgeschlossen, um eine Handhabung des Baugruppenträgers mit
dem ersten Vergussmaterial zu ermöglichen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die erste Vergussmasse
beim Ausführen der
Wärmebehandlung
durch Kapillarwirkung aus der Vergusseinrichtung heraus geführt und
dringt in Spalte zwischen der Vergusshülse und der Grundplatte ein.
Bekanntlich besitzen viele bewährte
Vergussmaterialien eine sehr geringe Viskosität bei erhöhter Temperatur, so besitzen
etwa silikonbasierte Materialien eine geringere Viskosität als Wasser
besitzen, so dass selbst kleinste Spalte ausgefüllt werden. Durch geeignetes
Anordnen der Vergusseinrichtung ergibt sich somit eine Kapillarwirkung
durch die geringen Spalte zwischen der Vergusshülse und der Grundplatte, so
dass eine zuverlässige
Benetzung und beim anschließenden
Aushärten
des ersten Vergussmaterials eine zuverlässige Abdichtung in allen Spalten
erreicht wird.
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In
einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist das elektrische
Bauelement ein Hochspannung führendes
Bauelement. Damit ergeben sich insbesondere die zuvor genannten
Vorteile im Hinblick auf eine weitere Miniaturisierung von kritischen
Komponenten im Hinblick auf die Isolationsfestigkeit, etwa von Zündmodulen
und dergleichen. Beispielsweise ist das elektrische Bauelement in Form
eines Zündtransformators
zur Zündung
einer Gasentladungsleuchte vorgesehen. Somit ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren,
den Zündtransformator
des Zündmoduls
in zuverlässiger
Weise in Vergussmaterial einzubetten, wobei die nachteiligen Auswirkungen
einer unzureichenden Vergussanhaftung an der Vergusskammer vermieden
oder zumindest deutlich reduziert werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die zuvor genannte
Aufgabe durch einen Komponentensatz eines Baugruppenträgers zur
Aufnahme elektronischer Bauelemente gelöst. Der Komponentensatz umfasst
eine Grundplatte aus Kunststoff mit einer zur Fixierung einer Vergusshülse dienenden
Fixiereinrichtung. Des Weiteren umfasst der Komponentensatz einen
aus der Grundplatte herausgeführten
Anschlussbereich einer Leiterbahn, der in einem von der Vergusshülse zu umschließenden Bereich
der Grundplatte positioniert ist. Ferner ist eine auf oder in der
Grundplatte angeordnete Vergusseinrichtung zur zeitweiligen Aufnahme einer
Vergussmasse vorgesehen, wobei die Vergusseinrichtung angrenzend
zu dem von der Vergusshülse
zu umschließenden
Bereich angeordnet ist und eine von der Vergusshülse zu begrenzende seitliche Öffnung aufweist.
Schließlich
umfasst der Komponentensatz die Vergusshülse, die auf die Grundplatte nach
Anbringen eines elektrischen Bauelements auf der Grundplatte aufsteckbar
und durch die Fixiereinrichtung fixierbar ist.
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Der
erfindungsgemäße Komponentensatz enthält somit
geeignete Komponenten, um ein oder mehrere elektrische Bauelemente
auf der Grundplatte aufzubringen und diese beispielsweise mit dem aus
der Grundplatte herausgeführten
Anschlussbereich zu verbinden. Auf diese Weise gelingt es, wie dies
bereits zuvor erläutert
ist, eine Kontamination einer später
zu bildenden Vergusskammer zu verringern oder zu vermeiden. Des
Weiteren enthält
der Komponentensatz die Vergusshülse
und eine dazu geeignet ausgebildete Fixiereinrichtung auf der Grundplatte,
so dass durch Aufstecken der Vergusshülse eine genau definierte Vergusskammer
erzeugt wird, die in einem nachfolgenden Vergießprozess, beispielsweise gemäß dem zuvor
beschriebenen Verfahren, mit Vergussmaterial ausgefüllt werden kann,
um damit ein oder mehrere elektrische Bauelemente in einem dielektrischen
Material einzubetten.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Fixiereinrichtung
ein oder mehrere aus der Grundplatte hervorragende Fixierelemente
auf. Durch diese Fixierelemente wird eine präzise Positionierung der Vergusshülse erreicht,
wobei die Höhe der
aus der Grundplatte hervorragenden Fixierelemente geeignet gewählt werden
kann, um die erforderliche mechanische Stabilität zu erhalten. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen
können
ein oder mehrere der Fixierelemente auch entsprechende Aussparungen
besitzen, um damit zumindest einen Teil der Vergusseinrichtung bereitzustellen,
d. h. die Fixierelemente können
entsprechende Reservoire mit zugehörigen Öffnungen beinhalten, die beim Aufstecken
durch die Seitenwände
der Vergusshülse begrenzt
werden. Insbesondere wenn mehrere derartige Fixierelemente bzw.
Vergusseinrichtungselemente über
den Umfang des in Frage stehenden Bereichs herum vorgesehen werden,
kann eine sehr zuverlässige
Zuführung
einer Vergussmasse erfolgen, um etwa bei Bedarf zunächst die
Vergusshülse
zu der Grundplatte abzudichten, wie dies auch zuvor beschrieben
ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Fixiereinrichtung
eine oder mehrere Aussparungen in der Grundplatte auf. Dadurch kann mit
entsprechenden komplementären
Bereichen in der Vergusshülse
eine sehr zuverlässige
Fixierung erreicht werden, ohne dass ein entsprechender Platzbedarf
in lateraler Richtung auf der Grundplatte erforderlich ist. Damit
kann eine sehr kompakte Bauweise erreicht werden, da weitere elektronische Komponenten
in unmittelbarer Nähe
zu den von der Vergusshülse
umschließenden
Bereich angeordnet werden können.
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In
einer anschaulichen Ausführungsform weist
die Fixiereinrichtung eine umlaufende Nut auf, die dem Querschnitt
der Vergusshülse
nachgebildet ist. Das heißt,
die Vergusshülse
bildet mit der Nut eine relative große Kontaktfläche, so
dass insgesamt ein größerer Oberflächenbereich
zum Abdichten der Vergusshülse
zu der Grundplatte geschaffen wird, während zusätzlich die zuvor genannten
Vorteile im Hinblick auf eine genaue Positionierung ohne zusätzlichen
lateralen Platzbedarf erreicht werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besitzt die Grundplatte
eine Grundfläche
von 150 mm2 oder weniger, wobei in weiteren
Ausführungsformen
eine Grundfläche
von 120 mm2 oder weniger vorgesehen ist.
Das heißt,
durch den erfindungsgemäßen Komponentensatz
gelingt eine zuverlässige
Einbettung einzelner Bereiche der Grundplatte auch für sehr kompakte
Abmessungen, beispielsweise wenn Hochspannung führende Bauelemente einzubetten
sind, ohne dass die zuvor geschilderten Nachteile im Hinblick auf
eine Kontamination der Vergusskammer auftreten.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besitzt die Leiterbahn
einen vollständig
in Kunststoff eingebetteten zentralen Leiterbereich, der mit einem
weiteren Anschlussbereich verbunden ist, der zum Verbinden mit einem
Hochspannungsanschluss einer Gasentladungsleuchte dient. Daher kann
der erfindungsgemäße Komponentensatz
vorteilhaft für Zündmodule
von Gasentladungsleuchten eingesetzt werden, wobei die teilweise
erfolgte Einbettung des Hochspannungsleiters in das Kunststoffmaterial
der Grundplatte dazu beiträgt,
dass insgesamt sehr kompakte Abmessungen möglich sind, die dann auch keine
weiteren nachteiligen Auswirkungen beim Einbetten des Zündtransformators
hervorrufen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Grundplatte
ferner mehrere im Material der Grundplatte eingebettete Leiter auf.
Auf diese Weise können
bei Bedarf alle erforderlichen elektrischen Verbindungen von weiteren
elektronischen Komponenten bereitgestellt werden, wobei ein kompakter
Aufbau, eine hohe Sicherheit im Hinblick auf Isolationsfestigkeit
und mechanische Belastbarkeit und dergleichen erreicht werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Fixiereinrichtung
zur Fixierung von Vergusshülsen
mit unterschiedlichen Querschnittsgrößen ausgebildet. Aufgrund dieser
konstruktiven Maßnahme
ist es möglich,
einen hohen Grad an Flexibilität
für die
Auslegung und Montage elektronischer Baugruppen zu erreichen. Beispielsweise
können elektrische
Bauelemente mit verschiedener Größe auf der
gleichen Art an Grundplatte zuverlässig vergossen werden, wobei
eine nicht für
die Vergusskammer genutzte Fläche,
etwa bei Vorsehen eines kleineren zu vergießenden Bauelements, durch andere Komponenten
belegt werden kann, ohne dass viele verschiedene Varianten des Komponentensatzes
erforderlich sind.
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Weitere
Ausführungsbeispiele
sind in den angefügten
Patentansprüchen
beschrieben und werden auch detaillierter in der nachfolgenden Beschreibung
erläutert,
wobei auf die begleitenden Figuren Bezug genommen wird, in denen:
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1a schematisch
eine perspektivische Ansicht eines Baugruppenträgers zeigt, in welchem ein
Bereich mit Vergussmaterial ausgegossen werden soll gemäß anschaulicher
Ausführungsformen;
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1b schematisch
im Querschnitt den Baugruppenträger
mit einer Fixiereinrichtung zur Positionierung einer Vergusshülse gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
zeigt;
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1c schematisch
im Querschnitt den Baugruppenträger
in einer fortgeschrittenen Phase des Montageprozesses gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
zeigt;
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1d eine
Draufsicht auf die Grundplatte eines Komponentensatzes zeigt, mit
einer Fixiereinrichtung in Form einer umlaufenden Nut und einer entsprechenden
Vergusseinrichtung gemäß anschaulicher
Ausführungsformen;
und
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1e bis 1g Komponenten
eines Komponentensatzes zur Herstellung eines Zündmoduls während diverser Montagephasen
gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
in perspektivischer Darstellung zeigen.
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1a zeigt
eine schematische perspektivische Ansicht einer elektronischen Baugruppe 100, die
einen Baugruppenträger 150 aufweist,
der beispielsweise eine Grundplatte 153 aus einem geeigneten
Kunststoffmaterial umfasst. Der Träger 150 kann weitere
Komponenten aufweisen, die mit der Grundplatte 153 verbunden
sind oder integrale Bestandteile der Grundplatte 153 repräsentieren,
d. h. die während
eines gemeinsamen Herstellungsprozesses an der Grundplatte angeformt
wurden, wie dies auch nachfolgend noch detaillierter beschrieben ist.
In der vorliegenden Ausführungsform
sind entsprechende Komponenten des Trägers 150 nicht gezeigt.
Des Weiteren umfasst der Träger 150 ein
geeignetes elektrisches Verdrahtungs- und Anschlusssystem (nicht
gezeigt), um damit ein oder mehrere elektrische bzw. elektronische
Bauelemente 130, 131 in der durch die zugrundeliegende
Schaltung erforderlichen Weise zu verbinden. Dazu können in
der Grundplatte 153, auf der Grundplatte oder teilweise in
und auf der Grundplatte geeignete Leiterbahnen vorgesehen sein,
wie dies später
detaillierter beschrieben ist. Die elektronischen bzw. elektrischen Bauelemente 131, 130 repräsentieren
beliebige Komponenten, wie sie für
die Funktionsweise der Baugruppe 100 erforderlich sind.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist beispielsweise das Bauelement 130 ein Hochspannung
führendes
Bauelement, etwa ein Zündtransformator
eines Zündmoduls,
ein beliebiger anderer Hochspannungstransformator, etwa für Spannungswandler,
und dergleichen, wobei zumindest eine in dem Bauelement 130 zu
verarbeitende Spannung eine Hochspannung repräsentiert. In anderen Ausführungsformen
repräsentiert das
Bauelement 130 ein induktives Element, etwa eine Spule,
und dergleichen, in der hohe Spannungen anliegen, oder es ist eine
Hochspannungskaskade vorgesehen, und dergleichen. Wie zuvor erläutert ist,
kann insbesondere das Bauelement 130 ein relativ großvolumiges
Bauelement repräsentieren,
so dass auch eine entsprechende großvolumige Einbettung erforderlich
ist, um etwa die mechanische Belastbarkeit sowie die elektrische
Isolationsfestigkeit in hohem Maße bereitzustellen. Andererseits
soll die Zugänglichkeit
des Bauelements 131 nach dem Einbetten des Bauelements 130 zumindest
zunächst
bestehen bleiben, so dass eine „lokale” Einbettung des Bauelements 130 erforderlich
ist. Das heißt,
nach Aufbringen der Komponenten 131 und 130 und
einer entsprechenden Fixierung dieser Komponenten, was beispielsweise
das Verbinden mit einem Verdrahtungssytem, welches der Träger 150 beinhalten kann,
ist ein Vergießvorgang
durchzuführen,
in welchem selektiv das Bauelement 130 mit dem gewünschten
Vergussmaterial ummantelt wird.
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1b zeigt
eine schematische Querschnittsansicht der elektronischen Baugruppe 100 gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform,
in der der Träger 150 eine
Fixiereinrichtung 160 aufweist, die in Form eines oder
mehrerer aus der Grundplatte 153 hervorragender Elemente 162a, 162b aufgebaut
ist. Beispielsweise kann die Fixiereinrichtung 160 einen umlaufenden „Wulst” präsentieren,
so dass in diesem Falle ein einzelnes Fixierelement 162a vorgesehen ist.
In anderen Ausführungsformen
sind entsprechende Unterbrechungen vorgesehen, so dass sich einzelne
Elemente 162a, 162b ergeben. Die Fixiereinrichtung 160 ist
dabei so ausgebildet, dass die laterale Position einer Vergusshülse 140,
die gestrichelt dargestellt ist, und die während einer geeigneten Montagephase
auf die Grundplatte 153 aufzusetzen ist, in genauer Weise
vorgegeben ist. Das heißt, durch
die Vergusshülse 140 wird
in Verbindung mit dem Träger 150,
die somit zusammen einen Komponentensatz eines Baugruppenträgers repräsentieren, eine
Vergusskammer 140a definiert, die das Bauelement 130 lateral,
also seitlich umschließt
und nach oben hin geöffnet
ist, um das Einfüllen
eines gewünschten
Vergussmaterials zu ermöglichen
und dieses während
des Ausheizens und des nachfolgenden Aushärtens in Position zu halten.
Das heißt, durch
die Vergusshülse 140 in
Verbindung mit der Fixiereinrichtung 160 wird die Größe und damit
das Volumen der Vergusskammer 140a in präziser Weise durch
konstruktive Maßnahmen
festgelegt, so dass eine zuverlässige
und präzise
Verarbeitung zum Einbetten des Bauelements 130 erreicht
wird.
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1c zeigt
schematisch die elektronische Baugruppe 100 gemäß einer
weiteren anschaulichen Ausführungsform
und während
einer weiter fortgeschrittenen Montagephase. Wie gezeigt, besitzt
in dieser Ausführungsform
die Fixiereinrichtung 160 Aussparungen in der Grundplatte 153,
etwa in Form einer umlaufenden Nut 161, in die die Vergusshülse 140 nach
der Montage des Bauelements 130 eingesteckt wird. Durch
diese Art der Fixierung wird einerseits eine sehr präzise Lage
der Hülse 140 erreicht, während andererseits
ein relativ großer
Oberflächenbereich
zwischen der Grundplatte 153 und der Hülse 140 innerhalb
der Nut 161 bereitgestellt wird, an welchem ein erstes
Vergussmaterial 132 anhaften kann, um damit eine zuverlässige Abdichtung
der Hülse 140 in
Bezug auf die Grundplatte 153 zu erreichen. Dazu wird in
der gezeigten Ausführungsform
eine Wärmebehandlung 101 ausgeführt, in
der somit eine geeignete erhöhte
Temperatur insbesondere auf das erste Vergussmaterial 132 einwirkt,
und damit eine entsprechende Verflüssigung und eine Unterwanderung
aller Spalte zwischen der Hülse 140 und
der Grundplatte 153 innerhalb der Nut 161 zu erreichen. Zu
diesem Zweck kann das Material 132 vor dem Einstecken der
Vergusshülse 140 zumindest
in einigen Oberflächenbereichen 140u vorgesehen
werden, beispielsweise durch eine geeignete Benetzung, so dass bei
der Wärmebehandlung 101 aufgrund
der äußerst geringen
Viskosität
und der damit hervorgerufenen Kapillarwirkung eine zuverlässige Benetzung
aller in der Nut 161 auftretenden Oberflächenbereiche
erreicht wird. Nach der Wärmebehandlung 101 und
nach dem Aushärten
des ersten Vergussmaterials 132 wird somit eine zuverlässige Anbindung
zwischen der Grundplatte 153 und der Vergusshülse 140 geschaffen,
die für
ein zuverlässiges Abdichten
der Vergusskammer 140a sorgt.
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1d zeigt
schematisch eine Draufsicht der elektronischen Baugruppe 100 gemäß einer
weiteren anschaulichen Ausführungsform.
In der dargestellten Ausführungsform
ist zusätzlich
eine Vergusseinrichtung 170 vorgesehen, die während der
Wärmebehandlung 101 (siehe 1c)
das Vergussmaterial 132 bereithält und bei Verringerung der
Viskosität
des Vergussmaterials 132 zu einer Benetzung der Oberflächen der
Grundplatte 153, die mit den Oberflächen 140u (siehe 1c)
in Kontakt sind, beiträgt. In
dem gezeigten Beispiel ist dazu die Vergusseinrichtung 170 in
Form eines mit der Grundplatte 153 vorgesehenen Reservoirs
oder aus der Grundplatte 153 herausragenden „Behälters” vorgesehen
mit einer Öffnung 171,
die durch die Seitenwandfläche 140s der
Vergusshülse 140 begrenzt
und damit in ausreichender Weise verschlossen wird, so dass das Vergussmaterial 132 im
Zustand höherer
Viskosität zuverlässig in
Position gehalten wird. Andererseits ist die Vergusseinrichtung 170 strömungsmäßig mit
der Nut 161 über
die Öffnung 171 verbunden,
so dass sich bei Erhöhung
der Temperatur und damit Verringerung der Viskosität unter
anderem durch Kapillarwirkung eine Benetzung der Oberflächen 140u innerhalb
Nut 161 ergibt, wie dies auch zuvor mit Bezug zu 1c erläutert ist.
Das heißt,
durch das Vorsehen der Vergusseinrichtung 170 kann in sehr
zuverlässiger
Weise eine dosierbare Menge des Vergussmaterials 132 bereitgestellt
werden, was zu einer zuverlässigen
Abdichtung der Vergusskammer 140a führt, so dass ein effizienter
und gut reproduzierbarer Fertigungsablauf erreicht wird. Durch den
Komponentensatz, der die Vergusshülse 140 und den Träger 150 umfasst,
kann damit ein lokales Einbetten einer oder mehrerer elektrischer
Bauelemente in zuverlässiger
Weise erfolgen, indem zunächst
die Grundplatte 153 in geeigneter Weise bestückt und
danach durch das Aufstecken der Vergusshülse 140 und das Abdichten
durch das erste Vergussmaterial 132 die Vergusskammer 140a bereitgestellt
wird. Daraufhin kann das eigentliche Vergießen des Bauelements 130 durch
Einfüllen
eines weiteren Vergussmaterials in die Vergusskammer 140a erfolgen.
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1e zeigt
schematisch eine perspektivische Ansicht des Baugruppenträgers 150 gemäß einer
weiteren anschaulichen Ausführungsform,
in der der Träger 150 für ein Zündmodul
für eine
Entladungsleuchte vorgesehen ist. In der gezeigten Ausführungsform
weist die Grundplatte 153 die Fixiereinrichtung 160 in
Form der Nut 161 auf, wie dies auch zuvor mit Bezug zu
den 1c und 1d beschrieben
ist. Ferner ist angrenzend zu den von der Nut 161 eingeschlossenen
Bereich die Vergusseinrichtung 170 vorgesehen, so dass
die Öffnung 171 mit der
Nut in Kontakt ist. Ferner sind in der gezeigten Ausführungsform
entsprechende Leiterbahnen 156 zumindest teilweise eingebettet
in dem Material der Grundplatte 153 vorgesehen, um damit
den Anschluss elektronischer Bauelemente, beispielsweise eines Kon densators,
einer Funkenstrecke, eines Zündtransformators
und dergleichen zu ermöglichen. Zum
Beispiel sind im Bereich der von der Nut 161 eingeschlossenen
Fläche
der Grundplatte 153 entsprechende Bohrungen 156a vorgesehen,
die eine Kontaktierung entsprechender Leiterbahnen durch Durchführen entsprechender
Anschlussdrähte
der einzubauenden elektronischen Komponente ermöglichen. In der gezeigten Ausführungsform
ist ferner ein Hochspannungsanschluss 151b in diesem Bereich vorgesehen,
der sich aus der Grundplatte 153 erstreckt und mit einem
zentralen, in 1e nicht gezeigten Spannungsleiter
verbunden ist, der im Material des Trägers 150 eingebettet
ist. Ein weiterer Anschluss 151a, der somit durch den eingebetteten Hochspannungsleiter
mit dem Anschluss 151b verbunden ist, dient beispielsweise
in Kombination mit einer Kammer 152 dazu, den Endbereich
einer Gasentladungsleuchte aufzunehmen und einen entsprechenden
elektrischen Kontakt herzustellen. Ferner können weitere Komponenten des
Trägers 150 vorgesehen
werden, wie dies für
die Gestaltung eines entsprechenden Zündmoduls vorteilhaft ist.
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1f zeigt
schematisch die elektronische Baugruppe 100, d. h. in der
dargestellten Ausführung in
Form eines Zündmoduls,
in einer weiter fortgeschrittenen Montagephase. Wie gezeigt, ist
das elektrische Bauelement 130, das in diesem Falle einen Zündtransformator
repräsentiert,
auf die Grundplatte 153 aufgesetzt. Ferner ist ein Anschlussbereich 130a,
der beispielsweise einen sekundärseitigen Hochspannungsanschluss
repräsentiert,
mit dem Anschluss 151b verbunden, der wiederum über einen eingebetteten
Leiterbahnbereich 151c mit dem Anschluss 151a verbunden
ist, der seinerseits zur Verbindung mit einer Gasentladungsleuchte 120 dient. Ferner
können
weitere Anschlüsse
des Transformators 130 in geeigneter Weise mit den Leiterbahnen 156 über die
Bohrungen 156a (siehe 1e) angeschlossen
werden. Zu diesem Zweck wird der Transformator 130 aufgesetzt
und die entsprechenden Anschlussleiter, die sich durch die Bohrungen 156a (siehe 1e)
erstrecken, werden geeignet angeschlossen, etwa durch Laserschweißen, durch
andere Schweißverfahren
oder durch Löten.
Dabei können für die Bohrungen 156a sehr
enge Toleranzen vorgesehen werden, so dass sich beim Vorgang des
Verbindens gleichzeitig eine Abdichtung der Bohrungen 156a erreichen
lässt.
In ähnlicher
Weise werden die Anschlüsse 130a und 151b verbunden,
beispielsweise durch Schweißen
oder Löten,
wobei aufgrund der fehlenden Seitenflächen einer Vergusskammer eine entsprechende
Kontamination vermieden wird, wie dies auch bereits zuvor erläutert ist.
Dabei kann der Anschlussbereich 151b entsprechend den Erfordernissen
mit einer ausreichenden Länge
bereitgestellt werden, so dass auch eine Kontamination der Grundplatte 153 gering
bleibt.
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1g zeigt
schematisch das Zündmodul 100 in
einer weiter fortgeschrittenen Montagephase. In dieser Phase ist
die Vergusshülse 140 auf
die Grundplatte 153 aufgesetzt und wird durch die Fixiereinrichtung 160 fixiert,
wie dies auch zuvor erläutert ist.
Des Weiteren ist die Vergusshülse 140 zu
der Grundplatte 153 effizient abgedichtet, wobei dies in der
gezeigten Ausführungsform
durch Ausführen
einer Wärmebehandlung
auf der Grundlage eines ersten Vergussmaterials erreicht wird, das
mit Hilfe der Vergusseinrichtung 170 zugeführt wird,
wie dies auch zuvor mit Bezug zu den 1c und 1d erläutert ist,
in der die Wärmebehandlung 101 beschrieben
ist. Das heißt,
nach der Wärmebehandlung 101,
die beispielsweise im Rahmen einer ohnehin erforderlichen Ausheizung
des Moduls 100 durchgeführt
werden kann, ist die Vergusskammer 140a für den eigentlichen
Schritt des Vergießens
des Bauelements 130 verfügbar. Dazu wird eine geeignete
Vergussmasse 134 in die Vergusskammer 140a eingefüllt, beispielsweise
durch eine Einfüllöffnung 140b,
die einen beliebigen Teil des Querschnitts der Vergusshülse 140 einnehmen
kann. Daraufhin wird eine weitere Wärmebehandlung ausgeführt, um
die Vergussmasse 134 zu verflüssigen, wobei ein Austritt
aus der Vergusskammer 140a zuverlässig durch die vorhergehende
Abdichtung unterdrückt
wird. Weiterhin ist aufgrund der reduzierten oder unterdrückten Kontamination
zumindest der Seitenwände
der Vergusshülse 140 eine
zuverlässige
Vergussanhaftung an der Hülse 140 gegeben,
so dass sich insgesamt eine hohe mechanische und elektrische Zuverlässigkeit
ergibt, wobei dennoch geringe gewünschte Abmessungen zu anderen
elektronischen Bauelementen, beispielsweise zu dem Bauelement 131 in
Form eines Kondensators, einer Funkenstrecke (nicht gezeigt) und dergleichen,
ermöglicht
werden. Folglich können
im Gegensatz zu konventionellen Zündmodulen weitere Komponenten
in ein gemeinsames Gehäuse
integriert werden, beispielsweise die Komponenten für ein elektronisches
Vorschaltgerät,
so dass die gesamte elektronische Ansteuerung der Gasentladungsleuchte
zusammen in unmittelbarer Nähe
der Gasentladungsleuchte vorgesehen werden können.
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In
weiteren Ausführungsformen
(nicht gezeigt) ist die Fixiereinrichtung 160 so ausgebildet, dass
die Hülse 140 mit
verschiedenen Querschnittsgrößen aufgesteckt
und fixiert werden kann, so dass unterschiedliche Versionen des
Zündmoduls 100 oder
anderer elektronischer Baugruppen auf der Grundlage des gleichen
Trägers 150 bereitgestellt werden
können.
Beispielsweise werden verschiedene umlaufende Nuten vorgesehen,
die jeweils mit dazugehörigen
Vergusseinrichtungen 170 in Verbindung stehen, so dass
die Vergusshülse 140 mit
einem geeigneten Durchmesser ausgewählt und in die entsprechende
Nut eingeführt
werden kann. Der dadurch gegebenenfalls zur Verfügung stehende Platz bei Verwendung eines
kleineren Querschnitts der Vergusshülse kann dann durch weitere
Komponenten belegt werden, so dass sich eine höhere Flexibilität bei der
Gestaltung der elektronischen Baugruppe 110 ergibt, ohne
dass eine Vielzahl unterschiedlicher Varianten des Trägers 150 erforderlich
ist. Lediglich im entsprechenden Komponentensatz, d. h. der Kombinationen
aus dem Träger 150 und
der Vergusshülse 140,
wird eine Vergusshülse
mit der gewünschten
Größe ausgewählt.