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Die Erfindung betrifft ein Elektronik-Modul, das insbesondere ein Zentralelektronik-Modul für ein Fahrzeug-Steuerungssystem sein kann und ein Herstellungsverfahren hierfür.
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Elektronik-Module sind im Allgemeinen aus einem Gehäuse mit einem in dem Gehäuse-Innenraum aufgenommenen Schaltungsträger, z. B. einer Leiterplatte, ausgebildet. Die Gehäuse für derartige Elektronikeinheiten werden oftmals zweiteilig aus einem Gehäuse-Deckel und einem Gehäuse-Boden zusammengesetzt. Hierbei kann der Gehäuse-Boden durch eine Schraube mit dem Gehäuse-Deckel verschraubt sein, wozu in dem Gehäuse-Boden eine Bohrung und in dem Gehäuse-Deckel ein Verschraubungsgegenstück, z. B. ein Gewinde-Dom, fest integriert ist. Weiterhin sind Gehäuse-Ausbildungen bekannt, bei denen die Gehäuse-Schalen am Rand umlaufend verfalzt oder vernietet werden.
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Ein Gewinde-Dom ist im Allgemeinen länglich, z. B. zylindrisch ausgebildet, z. B. mit einer Bohrung zur Aufnahme der Schraube. Hierbei sind insbesondere für Kunststoffdeckel Gewinde-Dome aus Kunststoff bekannt, in die selbstschneidende Schrauben eingedreht werden; weiterhin sind insbesondere für Metalldeckel Gewinde-Dome mit Schraubgewinde zur Aufnahme einer Gewindeschraube bekannt
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Die Verschraubung kann bei Blechschalengehäusen nur in den außenliegenden Verbindungsbereichen der Gehäuse-Hälften erfolgen. Diese Flächenpressung ermöglicht zwar auch eine gute Wärmeableitung; wenn jedoch die Wärme in z. B. mittleren Bereichen des Schaltungsträgers entsteht, ist diese Wärmeableitung in den äußeren Gehäusebereichen nicht sehr effizient.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Elektronik-Modul und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, durch die eine geeignete Wärmeabfuhr bei sicherer Montage ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Elektronik-Modul nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 13 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.
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Erfindungsgemäß wird somit ein Gehäuse-Rahmen aus Kunststoff in eines der beiden Gehäuse-Teile, insbesondere den Gehäuse-Deckel, formschlüssig eingesetzt. Der Gehäuse-Rahmen kann z. B. durch Streben ausgebildet sein, die die Aufnahme-Dome miteinander verbinden; dies können z. B. im Wesentlichen vier Streben sein. Somit sind der Materialaufwand für den Kunststoffrahmen und somit dessen Herstellungskosten gering. Der Kunststoffrahmen kann z. B. als Spritzgussteil oder auch Strangpressteil ausgebildet sein. Er weist insbesondere die Aufnahme-Dome auf, die z. B. zylindrisch sind und zur Auflage an entsprechenden Auflagestellen des Schaltungsträgers dienen. Der Schaltungsträger kann z. B. eine bestückte Leiterplatte sein.
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Der Kunststoffrahmen kann insbesondere in das erste Gehäuse-Teil eingerastet sein. Er kann hierfür z. B. mit seitlichen Rasthaken ausgebildet sein, die durch geeignete Ausnehmungen des ersten Gehäuse-Teils gesetzt werden, wodurch ein erstes Einschnappen bzw. Einrasten erfolgt. Eine nachträgliche, vollständige formschlüssige Ausbildung kann dann beim Festziehen der Befestigungsmittel erfolgen, wodurch der Gehäuse-Rahmen z. B. in dem ersten Gehäuse-Teil nach unten verstellt wird, wodurch die Rasthaken in den Ausnehmungen sich weiter verhaken und somit formschlüssig verbleiben.
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Die Befestigungsmittel können Schrauben oder z. B. auch Einpressbolzen sein. Sie werden von der anderen Seite her, z. B. von unten durch den Gehäuse-Boden auf den Schaltungsträger gesetzt und in die Aufnahme-Domen des Gehäuse-Rahmens eingebracht. Diese Befestigung kann lösbar oder auch unlösbar erfolgen. Die Aufnahme-Dome können somit Schrauben-Dome zur Aufnahme von selbstschneidenden Schrauben oder der Einpressbolzen sein. Bei Verwendung von Einpressbolzen entfällt ein Drehmoment beim Befestigungsvorgang.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass die Klemmpunkte, mit denen die aus Gehäuse-Deckel mit aufgenommenen Gehäuse-Rahmen gebildete obere Gehäuse-Baugruppe an der unteren Gehäuse-Baugruppe, d. h. dem Gehäuse-Boden mit dem aufgesetztem Schaltungsträger anliegt, relativ frei gestaltet werden können. Die Befestigung ist erfindungsgemäß nicht auf seitliche Auflagestellen begrenzt, sondern es können ergänzend (oder auch stattdessen) Auflagepunkte auch außerhalb des seitlichen Randes, z. B. in einem mittleren Bereich des Schaltungsträgers gewählt werden.
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Somit können in diesem Bereich eine Verklemmung zwischen dem Aufnahme-Dom, dem Schaltungsträger und dem unteren Gehäuse-Boden erfolgen, so dass hier eine gezielte Wärmeableitung erfolgen kann. Somit ist erfindungsgemäß eine Wärmeabfuhr der Elektronikbauteile bzw. Schaltungskomponenten in definierten Bereichen durch eine Flächenpressung zwischen den Gehäuseteilen und dem Schaltungsträger möglich. Diese Wärmeabfuhr in die Gehäuse-Teile kann somit über eine große Fläche erfolgen.
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Es können somit z. B. vier äußere Klemmpunkte durch die vier äußeren Aufnahme-Dome, und weiterhin ein oder mehrere zusätzliche Klemmpunkte im mittleren Bereich der Leiterplatte vorgesehen werden. Der Gehäuse-Rahmen kann somit insbesondere auch dazu dienen, die Aufnahme-Dome miteinander zu verbinden. Da der Gehäuse-Rahmen selbst in dem stabileren Gehäuse-Deckel aufgenommen ist, ist es nicht erforderlich, ihn besonders stabil auszubilden, so dass hierfür wenig Kunststoffmaterial erforderlich ist.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass das Konzept für unterschiedliche Materialien geeignet ist. Es können insbesondere sowohl Metall- als auch Kunststoffgehäuse ausgebildet werden. So kann z. B. ein einheitlicher Gehäuse-Boden mit unterschiedlichen Deckeln versehen werden, je nach Baureihe mit einem Metalldeckel oder Kunststoffdeckel. Bei der Montage bzw. Herstellung kann die gleiche Fertigungseinrichtung für die unterschiedlichen Deckelvarianten verwendet werden. Da erfindungsgemäß die Verklemmung zwischen dem im Gehäuse-Deckel aufgenommenen Gehäuse-Rahmen und dem Gehäuse-Boden erfolgt, ist das Material des Gehäuse-Deckels für diesen Montagevorgang erfindungsgemäß nicht so relevant.
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Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die äußere Gestaltungsform des Gehäuses nicht wesentlich beeinträchtigt ist. Somit können die Elektronik-Module in normierte Aufnahmeschächte eingesetzt werden. Auch die unterschiedliche Anordnung von Klemmpunkten beeinträchtigt nicht die äußere Gehäuse-Ausbildung, wie es z. B. bei spezifischen Deckelausbildungen zur Ausbildung zusätzlicher Klemmpunkte ggf. erforderlich ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einer Ausführungsform erläutert. Es zeigen:
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1 eine leicht perspektivische Aufsicht auf ein Elektronik-Modul gemäß einer Ausführungsform mit entferntem Gehäuse-Deckel;
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2 eine Schnittansicht durch das Elektronik-Modul;
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3 eine perspektivische Unteransicht des Gehäuse-Deckels mit eingesetztem Gehäuse-Rahmen; und
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4 einen Schnitt durch das Elektronik-Modul.
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Ein erfindungsgemäßes Elektronik-Modul 1 dient als Zentralelektronik 1 und ist als zentrales Steuerungsgerät eines Fahrzeugsystems vorgesehen, z. B. eines Luftfederungssystems oder eines Fahrzeug-Bremssystems. Die Zentralelektronik 1 ist insbesondere zum Einbau in einen Aufnahme-Schacht im Fahrzeug, d. h. einer Aufnahme-Öffnung mit genormter Höhe und genormter Breite vorgesehen.
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Die Zentralelektronik 1 weist ein Gehäuse 10 sowie eine in einem Gehäuse-Innenraum 5 des Gehäuses 10 aufgenommenen Schaltungsträger, z. B. eine Leiterplatte 6 auf, die in der Aufsicht mit abgenommenem Gehäuse-Deckel 2 gemäß 1 mit verschiedenen, hier nicht detaillierter beschriebenen Schaltungskomponenten 7 und 8, z. B. Widerständen, Kondensatoren und anderen Schaltungskomponenten 7 sowie einem Mikrocontroller 8 bestückt ist. An dem Schaltungsträger 6 oder als Teil des Schaltträgers 6 ist eine Steckvorrichtung, hier eine Steckerleiste 9, zur Kontaktierung der Zentralelektronik 1 vorgesehen bzw. angebracht. Die Steckerleiste 9 kann z. B. an die Leiterplatte 6 angeklebt oder mit dieser verschraubt sein. Gemäß 2, 3 kann der Gehäuse-Deckel 2 an drei Seiten einen Kragen 2a aufweisen, der auf dem Gehäuse-Boden 3 aufliegt. An der vierten Seite ist somit zwischen dem Gehäuse-Deckel 2 und dem Gehäuse-Boden 3 ein Freiraum ausgebildet, in dem die Steckerleiste 9 aufgenommen ist.
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Das erfindungsgemäße Gehäuse 10 wird gebildet durch den z. B. halboffenen bzw. im Wesentlichen topfförmigen Gehäuse-Deckel 2, einen Gehäuse-Boden 3, sowie einen Gehäuse-Rahmen 4, der erfindungsgemäß formschlüssig in ein Gehäuse-Teil, vorzugsweise den Gehäuse-Deckel 2 eingesetzt ist. Diese Befestigung kann vorzugsweise ohne zusätzliche Befestigungsmittel wie Schrauben oder Nieten und vorzugsweise auch ohne Klebstoff erfolgen, wobei der Gehäuse-Rahmen 4 vorzugsweise in den Gehäuse-Deckel 2 eingerastet sein kann.
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Wie insbesondere der Unteransicht der 3 sowie auch dem Schnitt der 2 zu entnehmen ist, kann der Gehäuse-Rahmen 4 z. B. umlaufende Streben 4a, 4b, 4c und z. B. Verstärkungsstreben 4d aufweisen. Weiterhin sind an dem Gehäuse-Rahmen 4 Schraubenaufnahmen als Schraubendome 12 ausgebildet, die z. B. zylindrisch oder auch quaderförmig ausgebildet sind und sich in vertikaler Richtung erstrecken. Die Schraubendome 12 können Sacklöcher 13 zum Ansetzen von in 2 angedeuteten selbstschneidenden Schrauben 11 aufweisen, oder auch längere Kernlöcher für Einpressbolzen.
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Der Gehäuse-Rahmen 4 wird mit seitlichen Rasthaken 14 in geeignete Ausnehmungen 15 des Gehäuse-Deckels 2 gesetzt, wobei die Rasthaken 14 z. B. nach unten offen sein können. Hierzu können zunächst an einer Seite die Rasthaken 14 durch die Ausnehmungen 15 gesetzt werden, und dann die andere Seite des Gehäuse-Rahmens 4 hoch geschwenkt werden, bis die dort ausgebildeten Rasthaken 14 in die Ausnehmungen 15 einschnappen.
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Ein vollständiger Formschluss wird nachfolgend erreicht, indem der Gehäuse-Rahmen 4 gegenüber dem Gehäuse-Deckel 2 nach unten verstellt wird, so dass die Rasthaken 14 in den Ausnehmungen 15 nach unten verstellt werden und einhaken bzw. den Gehäuse-Deckel 2 formschlüssig ergreifen, was erst abschließend bei Einsetzen der Schrauben 11 erfolgt.
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Bei der erfindungsgemäßen Montage wird somit zunächst der Gehäuse-Rahmen 4 in den Gehäuse-Deckel 2 eingesetzt, wobei ein erster Formschluss bzw. eine Verrastung durch Einsatz der Rasthaken 14 in die Ausnehmung 15 erfolgt. Weiterhin wird die bestückte Leiterplatte 6 auf den Gehäuse-Boden 3 gesetzt, wobei z. B. zur Kühlung ein Kühl-Pad bzw. Wärmeableit-Pad, z. B. als Wärmeleit-Folie zwischen den Gehäuse-Boden 5 und die Leiterplatte 6 gesetzt sein kann, je nach Material des Gehäuse-Bodens 3 und der erforderlichen Kühlleistung. Anschließend wird der Gehäuse-Deckel 2 mit aufgenommenem Gehäuse-Rahmen 4 auf den Gehäuse-Boden 3 gesetzt, so dass die Schraubendome 12 geeignet auf Auflagestellen 16 der Leiterplatte 6 aufliegen. Hierbei sind vorzugsweise Bohrungen für die einzusetzenden Schrauben 11 in den Auflagestellen 16 der Leiterplatte 6 sowie dem Gehäuse-Boden 3 ausgebildet. Nach Aufsetzen des Gehäuse-Deckels 2 mitsamt dem Gehäuse-Rahmen 4 auf dem Gehäuse-Boden 3 können somit von unten die Schrauben 11 durch die Bohrungen des Gehäuse-Bodens 3 und der Leiterplatte 6 geführt und in dem Schraubendomen 12 eingeschraubt werden. Somit ist der Gehäuse-Boden 3 über die Schrauben 11 am Gehäuse-Rahmen 4 befestigt, wobei vorteilhafterweise die Leiterplatte 6 zwischen den Schraubendomen 12 des Gehäuse-Rahmens 4 und dem Gehäuse-Boden 3 eingeklemmt sein kann, wodurch eine Flächenpressung für effektive Wärmeleitung erreicht wird.
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Gemäß der Ausführungsform der 1 sind fünf Schraubendome 12 vorgesehen, nämlich an vier Eckpunkten des Gehäuse-Rahmens 4 sowie einem mittleren Bereich, an dem die Verstärkungsstrebe 4d die Strebe 4a trifft.
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Der Gehäuse-Boden und der Gehäuse-Deckel können aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien gefertigt sein. Insbesondere können an einen einheitlichen Gehäuse-Boden 3 aus Kunststoff oder Metall unterschiedliche Gehäuse-Deckel 2, d. h. aus Kunststoff oder Metall aufgesetzt werden.
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Die Schrauben 11 können insbesondere selbstschneidende Schrauben sein und bei der Montage gleichzeitig aufgebracht werden. Statt der Schrauben 11 können auch z. B. Einpressbolzen eingesetzt werden. Hierbei können z. B. Bolzen mit dreieckigem Querschnitt in runde Kernlöcher 13 eingepresst werden. Die Verbindung mittels der Schrauben 11 oder Einpressbolzen kann lösbar oder unlösbar sein.
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Es ergibt sich erfindungsgemäß somit ein sandwich-artiger Aufbau aus dem Gehäuse-Deckel 2, dem in den Gehäuse-Deckel 2 eingerasteten Gehäuse-Rahmen 4, die Leiterplatte 6 mitsamt ihren Schaltungskomponenten 7, und den Gehäuse-Boden 3, der über die Schrauben 11 an den Gehäuse-Rahmen 4 befestigt ist.
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Die Position bzw. Anordnung eines mittleren Schraubendoms 12 oder auch mehrerer mittlerer Schraubendome 12 kann je nach den Erfordernissen der Wärmeabfuhr bzw. Kühlung der Leiterplatte 6 gewählt werden. Hierbei sind grundsätzlich freie Gestaltungsmöglichkeiten des Gehäuse-Rahmens 4 bzw. der inneren Position eines zusätzlichen Schraubendoms 12 möglich.
