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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen einer Leiterplatte an einem Träger, auf eine Schaltungsvorrichtung und auf ein Verfahren zum Befestigen einer Leiterplatte an einem Träger.
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Eine Leiterplatte kann beispielsweise mithilfe von Schraubdomen auf unterschiedlichen Bauteilen verschraubt werden. Aufgrund von Toleranzen können die Schraubdome unterschiedlich hoch ausfallen. Zum Ausgleichen solcher Höhenunterschiede können etwa Abstandsscheiben oder flexible Teile wie Gummiringe verwendet werden.
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JP 2011 -
159 938 A offenbart eine Befestigungsvorrichtung mit einem an eine Leiterplatte anschraubbaren Bolzen mit zumindest einem Befestigungsflügel, und einer Bolzenaufnahme, wobei der Bolzen in Richtung einer im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Leiterplatte ausgerichteten Verschiebeachse verschiebbar in der Bolzenaufnahme anordenbar ist. Die Bolzenaufnahme weist zumindest eine Nut zum Aufnehmen des Befestigungsflügels auf.
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DE 10 2009 059 013 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Befestigung einer Leiterplatte an einem Aufnahmeelement zur Aufnahme der mindestens einen Leiterplatte, welche ein Befestigungselement aufweist. Das Befestigungselement ist zumindest teilweise durch eine in der mindestens einen Leiterplatte vorgesehenen Durchgangsöffnung geführt, wobei das Befestigungselement ein erstes Halteelement aufweist, welches durch eine Drehbewegung des Befestigungselements auf einer Oberfläche der mindestens einen Leiterplatte befestigbar ist.
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DE 10 2013 110 557 A1 ist nachveröffentlicht und offenbart eine Anordnung aus einem Trägerchassis und zueinander im Abstand parallel verlaufenden Halteschienen mit wenigstens einem Verbindungselement zur Befestigung des Trägerchassis an den Halteschienen. Das Verbindungselement erlaubt eine Bewegung des Trägerchassis in Längsrichtung der Halteschienen und arretiert in einer Montagestellung das Trägerchassis auf den Halteschienen in allen drei Raumrichtungen.
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US 2013 / 0 279 973 A1 offenbart eine Montagevorrichtung mit einer Grundplatte mit einem hohlen Pfosten. In dem hohlen Pfosten ist eine Rille definiert. Die Montagevorrichtung umfasst ein Befestigungselement und ein Antriebselement. Ein Verankerungselement enthält ein Paar von Eingriffskugeln zur Verriegelung einer Leiterplatte an der Platte.
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DE 33 10 474 A1 offenbart eine lösbare Verriegelung zum Verriegeln einer Baugruppe. Ein Riegelende besteht dazu aus einem ovalen Zapfen mit einem axialen, quer zum großen Durchmesser angeordneten Schlitz, der in einer gelösten Stellung des Riegels in einen Führungsschlitz einführbar und nach Drehung in eine gesperrte Stellung im Führungsschlitz verklemmbar ist.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen einer Leiterplatte an einem Träger, eine Schaltungsvorrichtung und ein Verfahren zum Befestigen einer Leiterplatte an einem Träger gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Der hier vorgeschlagene Ansatz schafft eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen einer Leiterplatte an einem Träger, wobei die Befestigungsvorrichtung folgende Merkmale aufweist:
- zumindest einen an die Leiterplatte anschraubbaren Bolzen mit zumindest einem Befestigungsflügel, wobei der Befestigungsflügel zumindest ein Verzahnungselement aufweist; und
- zumindest eine in den Träger integrierbare oder integrierte Bolzenaufnahme, wobei der Bolzen in Richtung einer im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Leiterplatte ausgerichteten Verschiebeachse verschiebbar in der Bolzenaufnahme anordenbar oder angeordnet ist, wobei die Bolzenaufnahme zumindest eine Nut zum Aufnehmen zumindest eines das Verzahnungselement aufweisenden Teilabschnitts des Befestigungsflügels aufweist, wobei das Verzahnungselement ausgebildet ist, um sich in der Nut zu verzahnen, wenn der in der Bolzenaufnahme angeordnete Bolzen mit einem vorbestimmten Drehmoment beaufschlagt wird.
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Unter einer Leiterplatte kann ein mit elektrischen Bauteilen bestückter oder bestückbarer Schaltungsträger verstanden werden. Ein Träger kann beispielsweise ein Gehäuse oder ein Gehäuseteil sein. Unter einem Bolzen kann ein im Wesentlichen zylindrisches Verbindungselement verstanden werden. Der Bolzen kann beispielsweise als Gewindebolzen mit einem Gewinde zum Aufnehmen einer Schraube ausgeführt sein. Je nach Ausführungsform kann das Gewinde ein Innen- oder Außengewinde oder Rechts- oder Linksgewinde sein. Handelt es sich bei dem Gewinde um ein Außengewinde, so kann unter einer Schraube etwa auch eine Mutter verstanden werden.
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Unter einem Befestigungsflügel kann ein an einer Mantelfläche des Bolzens angeordneter Vorsprung verstanden werden. Das Verzahnungselement kann beispielsweise ein Keil, eine Kante, eine Spitze, ein Dorn, ein Haken oder ein sonstiges Element sein, dessen Geometrie und Materialbeschaffenheit geeignet sind, um sich beim Beaufschlagen des Bolzens mit dem Drehmoment form- oder kraftschlüssig mit einem Material der Bolzenaufnahme zu verbinden. Je nach Ausführungsform können der Bolzen, der Befestigungsflügel und das Verzahnungselement entweder als Einzelteile oder einteilig hergestellt sein, etwa in einem Guss- oder Fräsverfahren.
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Unter einer Bolzenaufnahme kann eine Hülse zur Führung des Bolzens entlang der Verschiebeachse verstanden werden. Unter einer Nut kann etwa eine Ausnehmung in einer den Bolzen umschließenden Seitenwand der Bolzenaufnahme verstanden werden. Beispielsweise kann die Nut ein im Wesentlichen parallel zur Verschiebeachse verlaufender, nach oben hin geöffneter Schlitz in der Seitenwand sein. Je nach Ausführungsform kann die Bolzenaufnahme beispielsweise mit dem Träger verklebt oder verschweißt sein oder als Teil des Trägers hergestellt werden.
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Das Verzahnungselement kann beispielsweise in eine Anzugsdrehrichtung des Gewindes oder der Schraube orientiert sein, um beim Anziehen der Schraube mit dem vorbestimmten Drehmoment, d.h. beim Drehen des Bolzens um die Verschiebeachse, in eine als Anschlag fungierende Wandfläche der Nut einzugreifen. Zu diesem Zweck kann das Verzahnungselement aus einem härteren Material als die Bolzenaufnahme gefertigt sein. Das vorbestimmte Drehmoment kann als ein Drehmoment verstanden werden, das mindestens aufgewendet werden muss, um die Verzahnung zu bewirken. Je nach Art und Größe der Schraube oder des Gewindes kann das Drehmoment beispielsweise 0,5, 1, 2 oder 5 Newtonmeter betragen.
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Der hier vorgeschlagene Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass ein Gewindebolzen zur Befestigung einer Leiterplatte an einem Gehäuseteil in einer als Schraubdom fungierenden Hülse in Längsrichtung verschiebbar gelagert und mithilfe eines Klemmflügels beim Verschrauben form- oder kraftschlüssig in der Hülse fixiert werden kann. Dadurch können fertigungs- oder konstruktionsbedingte Höhenunterschiede zwischen Leiterplatte und Gehäuse bereits beim Verschrauben ausgeglichen werden, sodass möglichst wenig Verzug und möglichst wenig Verspannungen in der Leiterplatte entstehen. Durch einen solchen Schraubdom zum Ausgleichen unterschiedlicher Befestigungshöhen spielen auftretende Toleranzen an mit der Leiterplatte verschraubten Bauteilen nur noch eine untergeordnete Rolle, da sich die Bolzen bei jedem Einzelteil an die Istmaße anpassen können.
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Je nach Material von Gewindebolzen und Hülse ermöglicht der hier vorgestellte Ansatz eine Verschraubung der Leiterplatte mit einem Gehäuse, ohne dass eine elektrische Verbindung zwischen Leiterplatte und Gehäuse unterbrochen wird. Somit lässt sich mit geringem Fertigungs- und Montageaufwand eine elektrische Anbindung der Leiterplatte ans Gehäuse realisieren, etwa eine Masseanbindung.
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Gemäß einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Ansatzes kann sich das Verzahnungselement in Längsrichtung im Wesentlichen parallel zur Verschiebeachse erstrecken. Beispielsweise kann sich das Verzahnungselement entlang einer senkrechten, d.h. parallel zu einer Längsachse des Bolzens ausgerichteten Außenkante des Befestigungsflügels erstrecken. Dadurch kann sich das Verzahnungselement möglichst großflächig und somit möglichst stabil in der Nut verzahnen.
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Es ist ferner von Vorteil, wenn sich das Verzahnungselement in Längsrichtung im Wesentlichen quer zur Verschiebeachse erstreckt. Beispielsweise kann das Verzahnungselement hierbei eine Länge aufweisen, die zumindest einer Breite der Nut entspricht. Dadurch eine derartige Ausrichtung des Verzahnungselements kann wirkungsvoll verhindert werden, dass der Bolzen im verschraubten Zustand, etwa aufgrund von Vibrationen, entlang der Verschiebeachse verrutscht.
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Das Verzahnungselement weist einen keilförmigen Querschnitt auf, d.h., das Verzahnungselement kann beispielsweise einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweisen, der sich in Richtung der Anzugsdrehrichtung zu einer scharfen Kante verjüngen kann. Ein solches Verzahnungselement bietet den Vorteil einer hohen Robustheit gegenüber mechanischen Belastungen, wie sie etwa beim Verschrauben des Bolzens im Bereich des Verzahnungselements auftreten können, und somit eines geringen Verschleißes.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorgestellten Ansatzes kann der Bolzen aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt sein. Zusätzlich oder alternativ kann kann auch die Bolzenaufnahme aus dem elektrisch leitfähigen Material gefertigt sein. Das elektrisch leitfähige Material kann beispielsweise ein Metall oder ein elektrisch leitfähiger Kunststoff sein. Dadurch kann eine elektrische Anbindung der Leiterplatte an den Träger ohne zusätzlichen Verdrahtungsaufwand realisiert werden.
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Die Befestigungsvorrichtung kann mit zumindest einer Schraube zum Anschrauben des Bolzens an die Leiterplatte vorgesehen sein. Dementsprechend weist der Bolzen ein sich in Richtung der Verschiebeachse erstreckendes Gewinde zum Aufnehmen der Schraube auf. Der Bolzen ist mittels des Gewindes und der Schraube mit dem Drehmoment beaufschlagbar. Wie weiter oben erwähnt, kann unter einer Schraube je nach Ausführungsform des Gewindes entweder eine Schraube oder eine Mutter verstanden werden. Insbesondere kann es sich bei dem Gewinde um ein sich entlang einer Mittelachse des Bolzens erstreckendes Innengewinde handeln. Ein Gewindeanfang des Gewindes kann sich beispielsweise an einem der Leiterplatte zugewandten Ende des Bolzens befinden. Durch diese Ausführungsform wird eine genaue, reproduzierbare Beaufschlagung des Bolzens mit dem Drehmoment ermöglicht.
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Es ist zudem vorteilhaft, wenn die Bolzenaufnahme Teil des Trägers ist. Durch eine solche einteilige Ausführung der Bolzenaufnahme und des Trägers kann eine robuste und dauerhafte Verbindung zwischen Träger und Bolzenaufnahme garantiert werden. Zudem können dadurch die Herstellungskosten der Befestigungsvorrichtung reduziert werden.
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Denkbar ist auch, dass die Bolzenaufnahme zumindest eine bündig mit einem Rand des Trägers anordenbare oder angeordnete Verstärkungsrippe aufweist. Unter einer Verstärkungsrippe kann ein Vorsprung verstanden werden, der sich beispielsweise längs der Mantelfläche des Bolzens erstreckt. Eine Länge der Verstärkungsrippe kann hierbei einer Länge der Bolzenaufnahme entsprechen, sodass die Verstärkungsrippe mit einem oberen und einem unteren Ende der Bolzenaufnahme bündig abschließt. Die Bolzenaufnahme kann so ausgerichtet sein, dass die Verstärkungsrippe bündig mit dem Rand des Trägers, etwa einer Außenkante des Trägers, abschließt. Mittels einer derart angeordneten Verstärkungsrippe kann die Bolzenaufnahme gegen ein an den Rand des Trägers anzufügendes weiteres Gehäuseteil wie etwa eine Seitenwand abgestützt werden.
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Vorteilhafterweise kann der Bolzen zumindest einen weiteren Befestigungsflügel mit zumindest einem weiteren Verzahnungselement und die Bolzenaufnahme zumindest eine weitere Nut zum Aufnehmen zumindest eines das weitere Verzahnungselement aufweisenden Teilabschnitts des weiteren Befestigungsflügels aufweisen. Dabei kann der Befestigungsflügel gegenüber dem weiteren Befestigungsflügel und die Nut gegenüber der weiteren Nut angeordnet sein. Durch diese Ausführungsform lässt sich die Stabilität der Verbindung zwischen Bolzen und Bolzenaufnahme mit geringem Zusatzaufwand deutlich steigern.
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Die Befestigungsvorrichtung kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorgeschlagenen Ansatzes mit dem Träger vorgesehen sein.
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Vorteilhafterweise kann der Träger eine Stromschiene sein. Unter einer Stromschiene kann ein im Allgemeinen starres Element verstanden werden, das ausgebildet ist, um einen elektrischen Strom zu führen. Dadurch kann auf eine zusätzliche Verdrahtung der Leiterplatte zur Stromversorgung verzichtet werden. Insbesondere können hierbei der Bolzen und die Bolzenaufnahme aus dem elektrisch leitfähigen Material ausgeformt sein, um die Leiterplatte elektrisch mit dem Träger in Form der Stromschiene zu koppeln.
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Der vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Schaltungsvorrichtung mit folgenden Merkmalen:
- einer Leiterplatte; und
- einer Befestigungsvorrichtung gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen, wobei der Bolzen an die Leiterplatte geschraubt ist und mittels des Verzahnungselements in der Bolzenaufnahme fixiert ist.
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Schließlich schafft der vorgeschlagene Ansatz ein Verfahren zum Befestigen einer Leiterplatte in einer Schaltungsvorrichtung gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Anordnen des Bolzens in der Bolzenaufnahme;
- Anschrauben des Bolzens an die Leiterplatte, wobei der Bolzen derart angeschraubt wird, dass der Bolzen an der Leiterplatte anliegt; und
- Beaufschlagen des Bolzens mit dem vorbestimmten Drehmoment, um das Verzahnungselement mit der Bolzenaufnahme zu verzahnen.
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Die Schritte des Anordnens und des Anschraubens können in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1a, 1b schematische Darstellungen einer Befestigungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Bolzens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung einer Befestigungsvorrichtung mit einem Träger gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 4a, 4b, 4c schematische Darstellungen einer Schaltungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 5a, 5b schematische Darstellungen einer Schaltungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in der Seitenansicht;
- 6a, 6b, 6c schematische Darstellungen von Teilausschnitten einer Schaltungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Schnittansichten; und
- 7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Befestigen einer Leiterplatte in einer Schaltungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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Die 1a und 1b zeigen schematische Darstellungen einer Befestigungsvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Befestigungsvorrichtung 100 umfasst einen zylinderförmigen Bolzen 102 und eine hülsenartige Bolzenaufnahme 104. Zur besseren Erkennbarkeit sind der Bolzen 102 und die Bolzenaufnahme 104 in 1a nebeneinander dargestellt. Der Bolzen 102 weist ein Gewinde 106 auf, hier ein Rechtsgewinde, das der Verschraubung des Bolzens 102 mit einer Leiterplatte dient. An einer Mantelfläche des Bolzens 102 ist ein Befestigungsflügel 108 angeordnet. Der Befestigungsflügel 108 weist beispielhaft drei Verzahnungselemente 112 auf, die entlang einer Längskante des Befestigungsflügels 108 verteilt sind.
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Der Bolzen 102 kann in die Bolzenaufnahme 104 eingelegt werden und entlang einer Verschiebeachse 114 in der Bolzenaufnahme 104 verschoben werden. Bei der Verschiebeachse 114 handelt es sich um eine Achse, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Leiterplatte ausgerichtet ist. Die Bolzenaufnahme 104 ist in 1a als eine in ein Gehäuse integrierbare Hülse gezeigt. Eine Seitenwand der Bolzenaufnahme 104 weist eine längliche Nut 116 auf, die sich parallel zur Verschiebeachse 114, d.h. längs der Bolzenaufnahme 104, erstreckt und ausgeformt ist, um den Befestigungsflügel 108 mit den drei Verzahnungselementen 112 aufzunehmen.
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Mittels der Verzahnungselemente 112 kann der Bolzen 102 je nach vertikalem Abstand der Leiterplatte zur Bolzenaufnahme 104 in unterschiedlichen Höhen in der Nut 116 fixiert werden. Durch Eindrehen einer Schraube in das Gewinde 106 kann der Bolzen 102 mit einem vorbestimmten Drehmoment beaufschlagt werden. Der Bolzen 102 bewegt sich hierbei in eine Anzugsdrehrichtung 118 um die Verschiebeachse 114, sodass sich die Verzahnungselemente 112 in der Nut 116 verzahnen. Die Anzugsdrehrichtung 118 entspricht gemäß diesem Ausführungsbeispiel einer Rechtsdrehung um die Verschiebeachse 114.
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Das Gewinde 106 erstreckt sich gemäß dem in den 1a und 1b gezeigten Ausführungsbeispiel entlang der Verschiebeachse 114, die hier einer Mittelachse des Bolzens 102 entspricht.
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Die drei Verzahnungselemente 112 können, wie in den 1a und 1b gezeigt, auf einer in die Anzugsdrehrichtung 118 weisenden Seite des Befestigungsflügels 108 angeordnet sein und einen keilförmigen Querschnitt aufweisen, der sich in Richtung der Anzugsdrehrichtung 118 zu einer scharfen Kante verjüngt, wie aus 1b ersichtlich. Wie in 1a dargestellt, können sich die Verzahnungselemente 112 in Längsrichtung im Wesentlichen quer zur Verschiebeachse 114 erstrecken.
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Der Befestigungsflügel 108 ist beispielhaft rechteckig ausgestaltet und kürzer als der Bolzen 102. Je nach Ausführungsform kann der Befestigungsflügel 108 beispielsweise in etwa so hoch wie die Nut 116 sein, sodass der Befestigungsflügel 108 im montierten Zustand des Bolzens 102 bündig mit einer Oberkante der Nut 116 abschließt, wie unter anderem in 3 gezeigt. Ferner kann der Befestigungsflügel 108 derart an der Mantelfläche des Bolzens 102 positioniert sein, dass der Befestigungsflügel 108 bündig mit einem von dem Gewinde 106 abgewandten Ende des Bolzens 102 abschließt.
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Wie in den 1a und 1b gezeigt, kann der Bolzen 102 zusätzlich zum Befestigungsflügel 108 einen weiteren Befestigungsflügel 122 umfassen, der auf einer dem Befestigungsflügel 108 gegenüberliegenden Seite des Bolzens 102 angeordnet ist. Der weitere Befestigungsflügel 122 kann analog zum Befestigungsflügel 108 mit zumindest einem weiteren Verzahnungselement 124 ausgeführt sein, das analog zu den vorangehend beschriebenen Verzahnungselementen 112 ausgeführt sein kann. Das zumindest eine weitere Verzahnungselement 124 ist in den 1a und 1b auf einer von der Betrachterebene abgewandten Seite des weiteren Befestigungsflügels 122 angeordnet.
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Entsprechend kann die Seitenwand der Bolzenaufnahme 104 eine der Nut 116 gegenüberliegende weitere Nut 126 zum Aufnehmen des weiteren Befestigungsflügels 122 aufweisen. Die weitere Nut 126 kann beispielsweise in einer Weise ausgeformt sein, wie sie vorangehend anhand der Nut 116 beschrieben ist.
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Wie in 1a gezeigt, ist es vorteilhaft, wenn die Oberkanten der beiden Nuten 116, 126 angefast sind. Dadurch kann verhindert werden, dass sich die Befestigungsflügel 108, 122 in den Nuten 116, 126 verkanten, wenn der Bolzen 102 in die Bolzenaufnahme 104 eingeführt wird.
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Je nach Ausführungsform kann der Bolzen 102 oder die Bolzenaufnahme 104 aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere einem Metall, gefertigt sein. Denkbar ist auch eine Fertigung aus elektrisch leitendem Kunststoff.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Befestigungsvorrichtung 100 einen Schraubdom bestehend aus einer Hülse als Bolzenaufnahme 104 und einem Gewindebolzen 102 mit dem Befestigungsflügel 108, auch Klemmflügel genannt, und Klemmnasen als Verzahnungselementen 112. Der Befestigungsflügel 108 dient dazu, bei der Verschraubung der Leiterplatte Höhenunterschiede auf mit der Leiterplatte zu verschraubenden Bauteilen auszugleichen, ohne dass eine elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte und einem Gehäuse unterbrochen wird und ohne dass die Leiterplatte durch die unterschiedlichen Höhen der Befestigungspunkte verspannt wird. Die Höhenunterschiede rühren beispielsweise daher, dass sich die Befestigungspunkte auf verschiedenen Bauteilen befinden oder hohe Toleranzen aufweisen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Bolzens 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt eine Variante mit nur einer senkrechten Klemmnase 112 je Befestigungsflügel 108. Der Bolzen 102 entspricht im Wesentlichen dem anhand der 1a und 1b beschriebenen Bolzen, mit dem Unterschied, dass der Befestigungsflügel 108 statt drei nur ein Verzahnungselement 112 aufweist. Im Gegensatz zu der anhand der 1a und 1b beschriebenen Variante mit drei waagrechten Klemmennasen 112 je Befestigungsflügel 108 erstreckt sich das Verzahnungselement 112 längs der Außenkante des Befestigungsflügels 108. Das Verzahnungselement 112 ist somit im Wesentlichen parallel zur Verschiebeachse 114 ausgerichtet. Ebenso wie die vorangehend beschriebenen Verzahnungselemente kann auch das in 2 gezeigte Verzahnungselement 112 einen keilförmigen Querschnitt aufweisen.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Befestigungsvorrichtung 100 mit einem Träger 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Träger 300 ist in 3 als eine L-förmige Gehäuseplatte dargestellt. Auf dem Träger 300 befindet sich ein Bauelement 302 mit rechteckiger Grundfläche. Der Träger 300 ragt an drei Seiten des Bauelements 302 über die Grundfläche des Bauelements 302 hinaus. Eine Längsseite des Bauelements 302 ist angrenzend an eine Außenkante 303 des Trägers 300 angeordnet. Das Bauelement 302 ist somit derart auf dem Träger 300 positioniert, dass der Träger 300 einen im Wesentlichen C-förmigen Trägerrand 304 um das Bauelement 302 bildet.
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Alternativ kann der Träger 300 auch als starre Stromschiene realisiert sein.
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Das Bauelement 302 ist fest mit dem Träger 300 verschraubt und weist auf einer dem Träger 300 gegenüberliegenden Oberseite eine Mehrzahl von Auflagepunkten 306 auf. Die Auflagepunkte 306 sind entlang eines Randbereichs des Bauelements 302 verteilt und fungieren als Auflagefläche für eine auf dem Träger 300 zu befestigende Leiterplatte, die an den Auflagepunkten 306 mit dem Bauelement 302 verschraubt werden kann. Zur elektrischen Kontaktierung der Leiterplatte weist das Bauelement 302 eine Mehrzahl von Kontaktanschlüssen 308 auf, die in 3 beispielhaft als Steckkontakte dargestellt sind.
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Im Trägerrand 304 sind die Bolzenaufnahme 104 sowie beispielhaft sieben weitere Bolzenaufnahmen 310, 312, 314, 316, 318, 320, 322 um das Bauelement 302 herum verteilt. In die Bolzenaufnahme 104 ist beispielsweise ein Bolzen 102, wie er vorangehend anhand von 1a beschrieben ist, eingelegt. Dabei ragt der Bolzen 102 ein Stück weit über die Bolzenaufnahme 104 hinaus. Ebenso ist in die Bolzenaufnahmen 310, 312, 314, 316, 318, 320, 322 je ein weiterer Bolzen 324, 326, 328, 330, 332, 334, 336 eingelegt. Die weiteren Bolzen und die weiteren Bolzenaufnahmen können in einer Weise ausgeführt sein, wie sie vorangehend am Beispiel des Bolzens 102 bzw. der Bolzenaufnahme 104 beschrieben ist.
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Die Bolzenaufnahmen 104 bis 322 mit den darin befindlichen Bolzen 102 bis 336 dienen neben den Auflagepunkten 306 als zusätzliche Befestigungspunkte zur Befestigung der Leiterplatte auf dem Träger 300. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Bolzenaufnahmen als Gehäusehülsen, d. h. als Teil des als Gehäuse fungierenden Trägers 300, ausgebildet.
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Gemäß dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jede der Bolzenaufnahmen 104 bis 322 mit einer Verstärkungsrippe 338 ausgeformt, die sich längs einer jeweiligen Mantelfläche der Bolzenaufnahmen parallel zur Verschiebeachse 114 erstreckt. Die Bolzenaufnahmen sind derart ausgerichtet, dass eine der Mantelfläche gegenüberliegende Außenkante einer jeden Verstärkungsrippe 338 bündig mit der Außenkante 303 des Trägers 300 abschließt, wie dies insbesondere aus den 6a bis 6c ersichtlich ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Bolzen 102 bis 336 vor einer Montage der Leiterplatte in ihre jeweiligen Bolzenaufnahmen gesteckt werden. Alternativ können die Bolzen an der Leiterplatte mit geringer Kraft und einer Vorfixierung befestigt werden. Eine solche Vormontage eignet sich insbesondere für Anwendungen mit wenigen Anschraubpositionen.
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Die 4a bis 4c zeigen schematische Darstellungen einer Schaltungsvorrichtung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die Schaltungsvorrichtung 400 umfasst die vorangehend anhand von 3 beschriebene Befestigungsvorrichtung 100 mit dem Träger 300 sowie eine Leiterplatte 402, die über die Auflagepunkte 306 mit dem Träger 300 verschraubt ist. Die Leiterplatte 402 weist eine im Wesentlichen L-förmige Grundfläche auf, deren Proportionen in etwa den Proportionen der Grundfläche des Trägers 300 entsprechen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Leiterplatte 402 beispielhaft acht Befestigungslöcher 404 zur Verschraubung der Leiterplatte 402 mit den Bolzen der Befestigungsvorrichtung 100 auf. Die Leiterplatte 402 ist derart auf dem Träger 300 positioniert, dass jedes Befestigungsloch 404 einer Bolzenaufnahme gegenüberliegt.
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4a zeigt die Schaltungsvorrichtung 400 in der Draufsicht. Die Bolzenaufnahmen 104, 310, 312, 314, 316, 318, 320, 322 sind größtenteils von der Leiterplatte 402 überdeckt. Die Leiterplatte 402 ist lediglich an den Auflagepunkten 306 mit dem Träger 300 verschraubt.
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In 4b ist die Schaltungsvorrichtung 400 in der Seitenansicht gezeigt. Beispielhaft ist die Leiterplatte 402 mittels zweier durch entsprechende Befestigungslöcher hindurchgeführter Schrauben 406 mit dem Bolzen 330 und dem Bolzen 332 verschraubt. Ein die beiden Bolzen 330, 332 umfassender Befestigungsbereich 408 ist mit einem Kreis markiert. Aufgrund des Anschraubdrehmoments der Schrauben 406 drücken sich die jeweiligen Verzahnungselemente an den Bolzen 330, 332 in die Hülsen der entsprechenden Bolzenaufnahmen 316, 318. Zusammen mit dem Anpressdruck wird dadurch die Höhenposition der Leiterplatte 402 gesichert. Die jeweiligen Verzahnungselemente der beiden Bolzen 330, 332 können je nach Ausführungsform voneinander abweichend ausgeformt sein.
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Die übrigen in 4b sichtbaren Befestigungsaufnahmen 312, 314, 320, 322 außerhalb des Befestigungsbereichs 408 sind beispielhaft ohne Bolzen dargestellt.
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4c zeigt eine vergrößerte Darstellung des in 4b markierten Befestigungsbereichs 408 mit den beiden Bolzen 330, 332, die mittels der Schrauben 406 mit der Leiterplatte 402 verschraubt und in den dazugehörigen Bolzenaufnahmen 316, 318 mittels der Verzahnungselemente fixiert sind. Ebenso ist in 4c ein Teil der vorangehend anhand von 3 beschriebenen Steckkontakte 308 zu erkennen, die durch die Leiterplatte 402 hindurchreichen, um diese elektrisch zu kontaktieren.
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Die 5a und 5b zeigen schematische Darstellungen einer Schaltungsvorrichtung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in der Seitenansicht. In 5a ist eine Gesamtansicht einer Schaltvorrichtung 400, wie sie vorangehend anhand der 4a bis 4c beschrieben ist, dargestellt. Zu sehen sind die Befestigungsvorrichtung 100 mit dem Träger 300, dem Befestigungsbereich 408, den außerhalb des Befestigungsbereichs 408 befindlichen Bolzenaufnahmen 104, 310, 314, 320, 322 sowie die Leiterplatte 402.
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5b zeigt eine vergrößerte Seitenansicht des in 5a markierten Befestigungsbereichs 408.
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Die 6a bis 6c zeigen schematische Darstellungen von Teilausschnitten einer Schaltungsvorrichtung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Schnittansichten. Die 6a und 6b zeigen einen Schnitt durch die Schaltungsvorrichtung 400 entlang einer in 5b eingezeichneten Schnittlinie C-C.
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6a zeigt einen ersten Montagezustand, in dem der Bolzen 330 nur locker an die Leiterplatte 402 angeschraubt ist und somit noch nicht an der Leiterplatte 402 anliegt. Durch Drehen der Schraube 406 in die Anzugsdrehrichtung wird der Bolzen 330 zunächst gegen die Leiterplatte 402 gezogen, d.h. je nach vertikalem Abstand zwischen Leiterplatte 402 und Bolzenaufnahme 316 ein Stück weit aus der Bolzenaufnahme 316 herausgehoben, bis er an der Leiterplatte 402 anliegt. Die durch Drehen der Schraube 406 bewirkte Höhenverstellung des Bolzens 330 entlang der Verschiebachse 114 ist durch einen Pfeil gekennzeichnet.
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6b zeigt einen zweiten Montagezustand, in dem der Bolzen 330 an der Leiterplatte 402 anliegt. Wird das Anzugsmoment der Schraube 406 im zweiten Montagezustand auf einen vorgegebenen Wert erhöht, so wird der Befestigungsflügel 108 in der Nut 116 mit einer derartigen Kraft gegen die Bolzenaufnahme 316 gedrückt, dass die Verzahnungselemente form- und kraftschlüssig in die Bolzenaufnahme 316 eingreifen. Dadurch ist die Leiterplatte 402 vibrationsfest in der Bolzenaufnahme 316 verankert.
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In 6c ist eine Schnittansicht der Schaltvorrichtung 400 entlang einer in 5b eingezeichneten Schnittlinie D-D dargestellt. Gezeigt sind die Bolzenaufnahme 318 und der mithilfe der Schraube 406 mit der Leiterplatte 402 verschraubte Bolzen 332. Der in 6c gezeigte Montagezustand entspricht beispielsweise dem anhand von 6b beschriebenen zweiten Montagezustand.
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7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Befestigen einer Leiterplatte in einer Schaltungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 700 kann beispielsweise unter Verwendung einer vorangehend beschriebenen Schaltungsvorrichtung durchgeführt werden.
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In einem Schritt 702 wird der Bolzen in der Bolzenaufnahme angeordnet, wobei die Bolzenaufnahme an einem Träger, etwa einem Gehäuse, befestigt sein kann. Der Bolzen wird derart in die Bolzenaufnahme eingelegt, dass sich zumindest ein das Verzahnungselement umfassender Teilabschnitt des von dem Bolzen abstehenden Befestigungsflügels in einer entsprechenden Nut der Bolzenaufnahme befindet.
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In einem Schritt 704 wird der Bolzen an die Leiterplatte geschraubt. Dabei wird der Bolzen so weit festgezogen, dass er an der Leiterplatte anliegt. Der Schritt 704 kann je nach Ausführungsform vor oder nach dem Schritt 702 durchgeführt werden.
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Schließlich wird der Bolzen in einem Schritt 706 mit einem vorbestimmten Drehmoment beaufschlagt. Dadurch wird der Befestigungsflügel mit einer derartigen Kraft in der Nut verdreht, dass sich das Verzahnungselement mit der Bolzenaufnahme verzahnt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der mindestens eine Bolzen für den Höhenausgleich im Schritt 702 in eine Hülse eingelegt, die in ein Gehäuse integriert ist, in dem die Leiterplatte verschraubt werden soll. Die Hülse fungiert dabei als Bolzenaufnahme. Der Bolzen kann so ausgelegt sein, dass er unter Berücksichtigung von Toleranzen stets tiefer als die Leiterplatte liegt. Die Leiterplatte kann bereits auf ein benachbartes Bauelement geschraubt sein.
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Im Schritt 704 kann die Verschraubung des Bolzens derart erfolgen, dass in z-Richtung, d.h. senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Leiterplatte, keine oder eine nur geringe Kraft auf die Schraube ausgeübt wird. Dadurch, dass die Schraube in den Bolzen eingedreht wird, ohne dass eine senkrechte Kraft auf die Schraube in Richtung der Leiterplatte ausgeübt wird, zieht sich der Bolzen in einem ersten Schritt zunächst an die Leiterplatte, d.h., er wird von unten an die Leiterplatte gedrückt, wobei die Höhe der Leiterplatte fix ist.
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Die Verbindung zwischen Bolzen und Gehäuse erfolgt in einem dem Schritt 706 entsprechenden zweiten Schritt über ein von einem Schrauber auf die Schraube ausgeübtes Drehmoment, durch das die Klemmnasen an den jeweiligen Flügeln der Bolzen in das Gehäuse gedrückt und mit diesem verpresst werden. Dadurch entsteht zwischen Bolzen und Gehäuse ein Formschluss, der die Verbindung in der Höhe sowie gegen Vibrationen sichert.
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Denkbar ist auch eine Verschraubung der Leiterplatte auf einem starren Element wie etwa einer Stromschiene, die eine Masseanbindung zum Gehäuse erforderlich machen kann. Der Bolzen kann auch in diesem Fall dazu dienen, einen beispielsweise durch Toleranzen verursachten Höhenunterschied zu kompensieren, ohne dass die Leiterplatte verspannt wird. Sofern der Bolzen und die Bolzenaufnahme gemäß einem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt sind, kann eine elektrische Anbindung der Leiterplatte über eine Litze entfallen.
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Alternativ kann bei Leiterplatten mit wenigen Befestigungspositionen der Gewindebolzen mit sehr geringer Kraft auf der Leiterplatte vorbestückt werden. Dabei kann der Bolzen mit einem geeigneten Stift in der Leiterplatte vorpositioniert sein. Erst bei der Montage der Leiterplatte im Gehäuse kann die Schraube im Schritt 706 mit dem vorbestimmten Drehmoment endgültig angezogen werden, sodass der Bolzen mit definierter Kraft an das Gehäuse gedrückt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Befestigungsvorrichtung
- 102
- Bolzen
- 104
- Bolzenaufnahme
- 106
- Gewinde
- 108
- Befestigungsflügel
- 112
- Verzahnungselement
- 114
- Verschiebeachse
- 116
- Nut
- 118
- Anzugsdrehrichtung
- 122
- weiterer Befestigungsflügel
- 124
- weiteres Verzahnungselement
- 126
- weitere Nut
- 300
- Träger
- 302
- Bauelement
- 303
- Außenkante des Trägers
- 304
- Trägerrand
- 306
- Auflagepunkt
- 308
- Kontaktanschluss
- 310
- weitere Bolzenaufnahme
- 312
- weitere Bolzenaufnahme
- 314
- weitere Bolzenaufnahme
- 316
- weitere Bolzenaufnahme
- 318
- weitere Bolzenaufnahme
- 320
- weitere Bolzenaufnahme
- 322
- weitere Bolzenaufnahme
- 324
- weiterer Bolzen
- 326
- weiterer Bolzen
- 328
- weiterer Bolzen
- 330
- weiterer Bolzen
- 332
- weiterer Bolzen
- 334
- weiterer Bolzen
- 336
- weiterer Bolzen
- 338
- Verstärkungsrippe
- 400
- Schaltungsvorrichtung
- 402
- Leiterplatte
- 404
- Befestigungsloch
- 406
- Schraube
- 408
- Befestigungsbereich
- 700
- Befestigungsverfahren
- 702
- Schritt des Anordnens
- 704
- Schritt des Anschraubens
- 706
- Schritt des Beaufschlagens
