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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement zum mechanischen Verbinden von Elektronikgehäusen sowie ein Elektronikgehäuse mit einem solchen Verbindungselement.
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Stand der Technik
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Elektronische Geräte weisen üblicherweise ein Elektronikgehäuse, beispielsweise aus Kunststoff oder Metall, mit darin angeordneter Elektronik, insbesondere Platinen, elektrische Bauelemente, Mikrocontroller usw. auf. Derartige elektronische Geräte können beispielsweise als Steuer- und/oder Messgeräte von Kraftfahrzeugen ausgebildet sein.
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Oftmals kann es sich anbieten, elektronische Geräte übereinander zu stapeln. Um dabei einen sicheren Verbund der einzelnen elektronischen Geräte sicherzustellen, werden die Elektronikgehäuse der elektronischen Geräte mechanisch verbunden, beispielsweise mittels Steckverbindungen. Derartige Steckverbindungen können sich jedoch leicht unbeabsichtigt lösen. Elektronikgehäuse können zwar auch verschraubt werden, jedoch ist es zeitaufwendig, auf diese Weise eine mechanische Verbindung herzustellen und diese wieder zu lösen.
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Es ist daher wünschenswert, eine verbesserte Möglichkeit bereitzustellen, um Elektronikgehäuse von elektronischen Geräten mechanisch miteinander zu verbinden.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verbindungselement zum mechanischen Verbinden von Elektronikgehäusen sowie ein Elektronikgehäuse mit einem solchen Verbindungselement mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Das Verbindungselement weist zwei spreizbare Schenkel, einen Kopf und einen den Kopf mit den Schenkeln verbindenden Hals auf. Die dem Kopf abgewandten Enden der Schenkel sind jeweils als Hakenelemente ausgebildet. Das Verbindungselement ist derart ausgebildet, dass die Hakenelemente seiner Schenkel zum mechanischen Verbinden mit einem baugleichen Verbindungselement in einem Halsbereich des baugleichen Verbindungselements zwischen Kopf und Schenkel des baugleichen Verbindungselements eingreifen. Die Schenkel wirken insbesondere pinzettenartig zusammen bzw. bilden insbesondere Greifarme, welche zur mechanischen Verbindung mit einem baugleichen Verbindungselement dessen Kopf greifen.
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Vorteile der Erfindung
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Durch das Verbindungselement können Elektronikgehäuse auf einfache und flexible Weise mechanisch miteinander verbunden werden. Die mechanische Verbindung kann schnell hergestellt und wieder gelöst werden.
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Die Schenkel sind insbesondere in einer Richtung senkrecht zu einer Hauptachse des Verbindungelements spreizbar. Unter Hauptachse wird diejenige Achse verstanden, entlang welcher sich der Kopf, der Hals und die Schenkel aneinanderreihen. Insbesondere sind die Schenkel zueinander achsensymmetrisch zu der Hauptachse ausgebildet. Weiter insbesondere ist das gesamte Verbindungselement achsensymmetrisch zu dieser Hauptachse ausgebildet.
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Insbesondere sind die Schenkel in Richtung senkrecht zur Hauptachse vorgespannt, so dass es eines Kraftaufwands bedarf, um die Schenkel auseinander zu spreizen. Die Schenkel können beispielsweise durch ein elastisches Element, z.B. durch ein Federelement, vorgespannt sein oder insbesondere auch durch die spezielle mechanische (elastische) Konstruktion des Verbindungselements. Die Hakenelemente greifen somit unter Spannung zwischen Kopf und Schenkel des baugleichen Verbindungselements ein, so dass die mechanische Verbindung nicht unbeabsichtigt gelöst werden kann.
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Der Kopf weist insbesondere eine größere Ausdehnung senkrecht zur Hauptachse auf als der Hals. Vom Kopf zum Hals ergibt sich somit insbesondere eine Verjüngung. Insbesondere greifen die Hakenelemente des Verbindungselements in diese Verjüngung des baugleichen Verbindungselements ein.
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Zum Verbinden des Verbindungselements mit dem baugleichen Verbindungselement werden diese entlang einer Verbindungsrichtung, vorzugsweise in Richtung der Hauptasche, aufeinander gesteckt. Die Schenkel des Verbindungselements werden in diesem Fall über den Kopf des baugleichen Verbindungselements in Richtung seines Halses hin gesteckt. Die Schenkel werden zunächst insbesondere auseinander gespreizt, bis die Hakenelemente über den Kopf des baugleichen Verbindungselements geschoben bzw. gesteckt wurden. Die Hakenelemente rasten daraufhin insbesondere in dem Halsbereich des baugleichen Verbindungselements ein, wodurch die mechanische Verbindung hergestellt ist. Die Verbindungselemente können somit einfach und unkompliziert ohne großen Kraftaufwand mechanisch verbunden werden. Es können geeignet viele baugleiche Verbindungselemente aufeinander gesteckt und somit miteinander mechanisch verbunden werden.
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Das Verbindungselement ist vorzugsweise an einem Elektronikgehäuse angeordnet. Das Elektronikgehäuse kann somit mit einem weiteren Elektronikgehäuse mechanisch verbunden werden, an welchem ein baugleiches Verbindungselement angeordnet ist. Somit kann eine Vielzahl von Elektronikgehäusen auf einfache, flexible Weise mechanisch miteinander verbunden werden.
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Das Elektronikgehäuse ist insbesondere als Gehäuse eines elektrischen Geräts ausgebildet. Das elektronische Gerät ist insbesondere als ein Mess- und/oder Steuergerät ausgebildet, insbesondere als ein Gerät zur Anordnung in einem Rack, Prüfstand oder Kraftfahrzeug. Das elektronische Gerät kann vorzugsweise auch als ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein, beispielsweise als ein Motorsteuergerät. Innerhalb des Elektronikgehäuses sind insbesondere elektronische Bauteile des elektronischen Geräts angeordnet, beispielsweise eine Platine mit Prozessor und Speichereinheiten.
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Vorteilhafterweise verjüngt sich der Kopf in einem Verjüngungsbereich entlang der Hauptachse zum Hals hin. Der Kopf erstreckt sich entlang der Hauptachse insbesondere zwischen einem Scheitel und einem Kopfansatz, wobei der Kopf an dem Kopfansatz mit dem Hals verbunden ist. Ausgehend vom Scheitel in Richtung Kopfansatz verbreitert sich der Kopf zunächst in einem Verbreiterungsbereich bis zu einem Kinnbereich. In dem Kinnbereich ist der Kopf insbesondere am breitesten bzw. besitzt dort den größten Umfang. An diesen Kinnbereich schließt in Richtung des Kopfansatzes insbesondere der Verjüngungsbereich an. Der Kopf verjüngt sich dementsprechend vorzugsweise beginnend bei dem Kinnbereich bis zu dem Kopfansatz. Der Kinnbereich ist vorteilhafterweise als eine den Kopf zumindest teilweise umlaufende Kante ausgebildet.
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Die Oberfläche des Kopfes in dem Verjüngungsbereich und/oder in dem Verbreiterungsbereich ist insbesondere eben ausgebildet und jeweils gegenüber der Hauptachse des Verbindungselements um einen vorgegebenen Winkel geneigt. Bevorzugt ist die Oberfläche des Kopfes in dem Verjüngungsbereich zwischen 0° und 90° gegenüber der Hauptachse geneigt, vorzugsweise mindestens um 60°, auch bevorzugt um weniger als 90° oder um höchstens 80°. Die Oberfläche kann in dem Verjüngungs- und/oder Verbreiterungsbereich alternativ auch ellipsenförmig oder kreisförmig gewölbt ausgebildet sein. Insbesondere ist die Oberfläche in dem Verjüngungsbereich um einen größeren Winkel gegenüber der Hauptachse geneigt als in dem Verbreiterungsbereich, insbesondere um einen mindestens doppelt so großen Winkel.
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Durch diese Kopfform kann die mechanische Verbindung besonders einfach hergestellt werden, ohne großen Kraftaufwand. Dennoch kann eine starke Verbindung hergestellt werden, die nicht versehentlich gelöst werden kann. Werden die Hakenelemente des Verbindungselements über den Kopf eines baugleichen Verbindungselements gesteckt, werden sie und damit die Schenkel durch Berühren des Verbreiterungsbereichs auseinander gespreizt. Nachdem die Hakenelemente über den Kinnbereich hinweg bewegt wurden, bewegen sie und damit die Schenkel sich beim Berühren des Verjüngungsbereichs wieder aufeinander zu bzw. rasten gleichsam ein. Die Hakenelemente greifen zum mechanischen Verbinden mit dem baugleichen Verbindungselement vorzugsweise an dem Verjüngungsbereich des Kopfes des baugleichen Verbindungselements an.
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Vorzugsweise ist das Verbindungselement derart ausgebildet, dass, wenn es mit einem baugleichen Verbindungselement in Eingriff steht, seine Schenkel über einen zweiten Toleranzbereich senkrecht zur Verbindungsrichtung auseinander gespreizt werden, wenn das Verbindungselement relativ zu dem baugleichen Verbindungselement über einen ersten Toleranzbereich in Verbindungsrichtung verschoben wird.
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Insbesondere wirken die Hakenelemente des einen Verbindungselements mit dem Verjüngungsbereich des baugleichen Verbindungselements so zusammen, dass eine Relativverschiebung der Verbindungselemente in Verbindungsrichtung möglich ist, wobei die gespreizten Beine jederzeit auf den Verjüngungsbereich des baugleichen Verbindungselements drücken und so das Verbindungselement in Verbindungsrichtung auf das baugleiche Verbindungselement hinziehen. Die Vorspannung der Schenkel dient somit zusammen mit dem Verjüngungsbereich insbesondere dazu, den Abstand zweier verbundener Verbindungselemente zu minimieren. Die mechanische Verbindung zwischen den beiden Verbindungselementen wird dabei nicht gelöst.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Verbindungselement ein Öffnungselement zum Lösen der mechanischen Verbindung des Verbindungselements mit dem baugleichen Verbindungselement auf. Das Öffnungselement ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Schenkel des Verbindungselements auseinander zu spreizen, insbesondere derart, dass die Hakenelemente der Schenkel nicht mehr in dem Halsbereich des baugleichen Verbindungselements zwischen dessen Kopf und Schenkel eingreifen. Zu diesem Zweck ist das Öffnungselement bevorzugt zwischen den Schenkeln angeordnet. Vorzugsweise ist das Öffnungselement in Richtung der Hauptachse des Verbindungselements verschiebbar angeordnet.
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Vorzugsweise ist das Öffnungselement als ein beweglicher Keil mit aufeinander zulaufenden Seitenflächen ausgebildet. Die Spitze des Keils zeigt insbesondere in Richtung des Kopfes. Durch Bewegung des Keils in Richtung der Hauptachse des Verbindungselements zum Kopf hin werden die Schenkel des Verbindungselements von den aufeinander zulaufenden Seitenflächen des Keils auseinander gespreizt. Bevorzugt ist der Keil über einen Hebelmechanismus beweglich. Durch Betätigen eines entsprechenden Hebels kann die mechanische Verbindung der Verbindungselemente somit auf einfache Weise gelöst werden.
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Vorzugsweise ist an wenigstens einem der Schenkel ein Vorsprung in Richtung des jeweils gegenüberliegenden Schenkels angeordnet. Insbesondere weisen beide Schenkel jeweils einen derartigen Vorsprung auf. Bevorzugt greift das Öffnungselement zum Lösen der mechanischen Verbindung des Verbindungselements mit dem baugleichen Verbindungselement an diesen Vorsprüngen an. Insbesondere berührt das Öffnungselement diese Vorsprünge.
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Durch die Vorsprünge und das Öffnungselement kann die mechanische Verbindung bei Bedarf einfach und flexibel gelöst werden. Insbesondere bilden die Vorsprünge der Schenkel eine keilförmige Anordnung. Das Öffnungselement kann in diesem Fall eine zweckmäßige Form aufweisen, beispielsweise rund oder würfelförmig, um an diesen keilförmig angeordneten Vorsprüngen anzugreifen und um die Schenkel somit auseinander zu spreizen, wenn das Öffnungselement senkrecht zur Hauptachse in Richtung Kopf bewegt wird.
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Vorzugsweise weist das Verbindungselement einen den Hals mit den Schenkeln verbindenden Körper auf. Der Körper weist insbesondere die größte Ausdehnung des Verbindungselements in Richtung parallel zur Querachse des Verbindungselements auf. Der Körper verleiht dem Verbindungselement insbesondere eine höhere Stabilität und Robustheit. Die Schenkel setzten insbesondere an dem Körper an. Somit können die Schenkel insbesondere nicht leicht abbrechen oder beschädigt werden.
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Bevorzugt ist der Körper dazu ausgebildet, das Verbindungselement an dem Elektronikgehäuse anzubringen. An dem Körper können insbesondere Befestigungselemente wie Schrauben, Nägel oder Pins angebracht werden, über welche das Verbindungselements an dem Elektronikgehäuse angebracht bzw. befestigt werden kann. Zu diesem Zweck weist der Körper vorzugsweise wenigstens eine Bohrung auf.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung eines Verbindungselements in einer Draufsicht und in einer perspektivischen Ansicht.
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2 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer bevorzugten Ausgestaltung eines Verbindungselements in einer Draufsicht.
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3 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung eines Verbindungselements in einer Draufsicht.
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4 zeigt schematisch zwei mechanisch verbundene Verbindungselemente gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in einer Draufsicht.
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5 zeigt schematisch zwei mechanisch verbundene Verbindungselemente gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.
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6 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung eines Verbindungselements in einer Draufsicht.
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7 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung eines Elektronikgehäuses mit einer bevorzugten Ausgestaltung eines Verbindungselements in einer Explosionsdarstellung.
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8 zeigt schematisch zwei mechanisch miteinander verbundene Elektronikgehäuse gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Gleiche Bezugszeichen in den 1 bis 8 bezeichnen jeweils gleiche oder baugleiche Elemente.
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In 1 ist eine bevorzugte Ausgestaltung eines Verbindungselements schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet. In 1a ist das Verbindungselement 100 in einer Draufsicht dargestellt, in 1b in einer perspektivischen Ansicht. Das Verbindungselement 100 weist einen Kopf 110, einen Hals 120, einen Körper 130 und Schenkel 140 auf.
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Die Schenkel 140 sind achsensymmetrisch zu einer Hauptachse 101 des Verbindungselements 100 ausgebildet. Die Enden der Schenkel 140 sind jeweils abgewinkelt und bilden Hakenelemente 141. Die Enden der Schenkel sind L-Förmig ausgebildet. Die Schenkel 140 weisen zueinander gerichtete Vorsprünge 142 auf.
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Der Körper 130 weist zwei Bohrungen 131 auf. Über diese Bohrungen kann das Verbindungselement 100 über Befestigungselemente wie Schrauben, Nägel oder Pins an einem Elektronikgehäuse angebracht werden.
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In 2 ist ein Ausschnitt des Verbindungselements 100 gemäß 1a schematisch dargestellt.
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Der Kopf 110 erstreckt sich in Richtung parallel zur Hauptachse 101 zwischen einem Scheitel 112 und einem Kopfansatz 115. Der Scheitel 111 weist eine ebene Oberfläche auf, welche sich im Wesentlichen senkrecht zur Hauptachse 101 erstreckt. An den Scheitel 112 schließt ein Verbreiterungsbereich 112 an, in welchem sich der Kopf 110 bis zu einem Kinnbereich 113 verbreitert. In dem Kinnbereich 113 besitzt der Kopf 110 den größten Umfang. Der Kinnbereich 113 ist hier als Kante ausgebildet. An den Kinnbereich 113 schließt ein Verjüngungsbereich 114 an, in welchem sich der Kopf 110 bis zum Kopfansatz 115 verjüngt. An dem Kopfansatz 115 ist der Kopf 110 mit dem Hals 120 verbunden.
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In dem Verjüngungsbereich 114 ist eine Oberfläche des Kopfes 110 gegenüber der Hauptachse um einen Winkel β geneigt. Dieser Winkel β beträgt vorzugsweise zwischen 60° und 80°, weiter bevorzugt zwischen 65° und 75°. In diesem Beispiel beträgt der Winkel β besonders bevorzugt 70°.
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In dem Verbreiterungsbereich 112 ist eine Oberfläche des Kopfes 110 gegenüber der Hauptachse 101 um einen Winkel α geneigt. Dieser Winkel α beträgt vorzugsweise zwischen 15° und 35°, weiter bevorzugt zwischen 20° und 25°. In diesem Beispiel beträgt der Winkel α besonders bevorzugt 22°.
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Durch die unterschiedlichen Neigungswinkel α und β der Oberfläche des Kopfes 110 in den Bereichen 112 und 114 ergibt sich die Kante 113, an welcher die beiden Bereiche 112 und 114 aneinander grenzen.
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In 3 ist das Verbindungselement 100 gemäß 1 schematisch dargestellt. Wie aus 3 ersichtlich ist, sind die Schenkel in einen oberen Bereich 143 und in einen unteren Bereich 144 unterteilbar. Der untere Bereich 144 ist um einen Winkel γ gegenüber dem oberen Bereich 143 abgeknickt. Der Winkel γ beträgt bevorzugt zwischen 10° und 20°, in diesem Beispiel vorzugsweise 16°.
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In 4 sind zwei mechanisch miteinander verbundene Verbindungselemente gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung schematisch dargestellt. Ein erstes Verbindungselement 100A analog zu den 1 bis 3 ist mit einem zweiten derartigen, baugleichen Verbindungselement 100B mechanisch verbunden. Das erste Verbindungselement 100A ist in einer Verbindungsrichtung auf das zweite Verbindungselement 100B aufgesteckt. Die Verbindungsrichtung verläuft entlang der Hauptachse 101.
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Jedes der Verbindungselemente 100A bzw. 100B weist jeweils einen Kopf 110A bzw. 110B mit Verjüngungsbereich 114A bzw. 114B und einem Verbreiterungsbereich 112A bzw. 112B, einen Hals 120A bzw. 120B, einen Körper 130A bzw. 130B und Schenkel 140A bzw. 140B mit Hakenelementen 141A bzw. 141B auf.
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Die Hakenelemente 141A des ersten Verbindungselements 100A greifen in einem Halsbereich 121B des zweiten Verbindungselements 100B zwischen dessen Kopf 110B und dessen Körper 130B ein. Die Hakenelemente 141A greifen dabei an dem Verjüngungsbereich 114B des Kopfes 110B des zweiten Verbindungselements 100B ein.
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Durch die spezielle Form des Verjüngungsbereichs 114B ist es möglich, dass die Schenkel 140A des Verbindungselements 100A über einen zweiten Toleranzbereich senkrecht zur Verbindungsrichtung (hier Hauptachse 101) des Verbindungselements 100A auseinander gespreizt werden, wenn das Verbindungselement 100A relativ zu dem baugleichen Verbindungselement 100B über einen ersten Toleranzbereich parallel zur Verbindungsrichtung (hier Hauptachse 101) des Verbindungselements 100A verschoben wird. Dies wird im Folgenden anhand von 5 erläutert, in welcher die zwei mechanisch miteinander verbundenen Verbindungselemente 100A und 100B gemäß 4 schematisch dargestellt sind.
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In 5a weisen die Verbindungselemente 100A und 100B in Verbindungsrichtung einen Abstand l1 zueinander auf. Die Hakenelemente 141A des ersten Verbindungselements 100A weisen einen Abstand d1 zueinander auf. Die Schenkel 140A des ersten Verbindungselements 100A sind im Beispiel von 5a minimal auseinander gespreizt.
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Die Oberfläche des Kopfes 110B stellt in dem Verjüngungsbereich 114B insbesondere eine Gleitebene dar, entlang welcher die Hakenelemente 141A des ersten Verbindungselements 100A bewegt werden können, wenn das erste Verbindungselement 100A relativ zu dem zweiten Verbindungselement 100B über den ersten Toleranzbereich in Verbindungsrichtung verschoben wird.
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Im Beispiel von 5b ist das erste Verbindungselement 100A relativ zu dem zweiten Verbindungselement 100B im Vergleich zum Beispiel von 5a in Verbindungsrichtung verschoben. Die Verbindungselemente 100A und 100B weisen einen Abstand l2 zueinander auf, welcher größer ist als der Abstand l1. Die Hakenelemente 141A weisen dabei einen Abstand d2 zueinander auf, welcher größer ist als der Abstand d1.
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Im Beispiel von 5c ist das erste Verbindungselement 100A im Vergleich zu den Beispielen von 5a und 5b noch weiter in Verbindungsrichtung relativ zu dem zweiten Verbindungselement 100B verschoben. Die Verbindungselemente 100A und 100B weisen einen Abstand l3 zueinander auf, welcher größer ist als der Abstand l2. Die Hakenelemente 141A weisen einen Abstand d3 zueinander auf, welcher größer ist als der Abstand d2.
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In 5c ist das Verbindungselemente 100A relativ zu dem zweiten Verbindungselement 100B über den gesamten ersten Toleranzbereich ΔI verschoben. Die Verbindungselemente 100A und 100B weisen einen maximalen Abstand zueinander auf, bei welchem sie noch mechanisch miteinander verbunden sind. Die Schenkel 140A des Verbindungselements 100A sind dabei über den gesamten zweiten Toleranzbereich Δd auseinander gespreizt.
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In 6 ist eine weitere bevorzugte Ausgestaltung eines Verbindungselements 100 schematisch in einer Draufsicht dargestellt. Das Verbindungselement 100 ist an einem Elektronikgehäuse 200 angebracht, beispielsweise an einem Elektronikgehäuse 200 eines Steuergeräts eines Kraftfahrzeugs. Das Verbindungselement 100 ist über Befestigungselemente 201, in diesem Beispiel über Pins, an dem Elektronikgehäuse 200 angebracht.
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Das Verbindungselement 100 weist in diesem Beispiel weiterhin ein Öffnungselement 150 auf. Mittels dieses Öffnungselements 150 kann die mechanische Verbindung zwischen dem Verbindungselement 100 und einem baugleichen Verbindungselement 100, wie sie in Bezug auf die 4 und 5 beschrieben wurde, gelöst werden. Das Öffnungselement 150 ist in Richtung der Hauptachse 101 beweglich gelagert.
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Das Öffnungselement 150 ist als ein Keil 151 ausgebildet, der mittels eines Hebels 152 über einen Hebelmechanismus beweglich ist. Die zulaufenden Seitenflächen des Keils 151 berühren die Ausbuchtungen 142 der Schenkel 140 des Verbindungselements. Durch Betätigen des Hebels 152 wird der Keil 151 in Richtung des Kopfes 110 bewegt, wodurch die Schenkel 140 auseinander gespreizt werden.
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In 7 ist das Elektronikgehäuse 200 mit dem Verbindungselement 100 gemäß 6 in einer Explosionsdarstellung schematisch dargestellt. In diesem Beispiel ist ein Griffstück 202 vorgesehen, welches das Verbindungselement 100 zumindest teilweise verdeckt. Weiterhin wird durch das Griffstück 202 ein unabsichtliches Betätigen des Hebels 152 verhindert.
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In 8 sind zwei mechanisch miteinander verbundene Elektronikgehäuse 200 schematisch dargestellt. Ein erstes Elektronikgehäuse 200A weist ein erstes Verbindungselement 100A auf, ein zweites Elektronikgehäuse 200B weist ein zweites Verbindungselement 100B auf. Die Verbindungselemente 100A und 100B sind mechanisch verbunden, analog zu 4 und 5, wodurch auch eine mechanische Verbindung zwischen den Elektronikgehäusen 200A und 200B besteht.
