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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum elektrischen und mechanischen Verbinden einer Leiterplatte gemäß der in dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 10 näher definierten Art.
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Beispielsweise aus der Fahrzeugtechnik ist es bekannt, Leiterplatten mit Elektronikbauteilen elektrisch bzw. elektronisch und mechanisch zu verbinden hierzu werden üblicherweise Schraubverbindungen verwendet. Wenn jedoch die Leiterplatte mit Bauteilen verbunden wird, deren Abmessungen kleiner als die Leiterplatte selbst sind, ergibt sich ein Überstand der Leiterplatte über das Elektronikbauteilen, so dass bei der Verschraubung die Gefahr besteht, dass die Leiterplatte mechanisch belastet wird. Hierbei können Beschädigungen an Lötstellen oder dergleichen der Leiterplatte auftreten. Des Weiteren ergibt sich das Problem, dass bei der Fertigung aufgrund hoher Toleranzen zum Beispiel bei Spritzgussgehäusen keine ausreichende Befestigung möglich ist, so dass unerwünschte Schwingungen an der Leiterplatte auftreten können. Welches wiederum zu Beschädigungen der Leiterplatte führen kann.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2009 045 915 A1 ist eine Leiterplattenhaltevorrichtung bekannt. Die Leiterplattenhaltevorrichtung umfasst mehrere Klemmelemente, zwischen denen die Leiterplatte gehäuseartig gehalten wird. Zwischen den Klemmelementen und der Leiterplatte sind elastische Abschnitte, so dass ein Toleranzausgleich ermöglicht wird. Bei der bekannten Leiterplattenhaltevorrichtung wird der Bauraumbedarf durch die die Leiterplatte umgebenden gehäuseartigen Klemmelemente in nachteiliger Weise erhöht. Demzufolge ist eine Befestigung der Leiterplatte direkt auf einem elektronischen Bauteil mit der Leiterplattenhaltevorrichtung nicht möglich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Anordnung und ein Verfahren zum elektrischen und mechanischen Verbinden vorzuschlagen, welches eine sichere und toleranzausgeglichene Verbindung der Leiterplatte an Bauteilen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 10 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den jeweiligen Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
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Demzufolge wird eine Anordnung zum elektrischen mechanischen Verbinden einer Leiterplatte an einem hinsichtlich der Abmessungen der Leiterplatte kleineren ersten Bauteil vorgeschlagen, wobei das erste Bauteil auf zumindest einem zweiten Bauteil befestigt ist.
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Um eine ausreichend mechanisch stabile und Toleranz ausgleichende Verbindung der Leiterplatte an den Bauteilen zu realisieren, ist vorgesehen, dass zumindest ein Rahmenelement zum mechanischen Stabilisieren an der Leiterplatte lösbar befestigt ist und dass der über das erste Bauteil überstehende Teil der Leiterplatte zum Toleranzausgleich über zumindest ein flexibles Element mit dem zweiten Bauteil befestigt ist.
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Zum Verbinden bzw. zur Montage der Leiterplatte wird somit ein Rahmen verwendet, in dem die Leiterplatte mit gleichmäßig verteilter Kraft linear auf das zu verbindende Bauteil gefügt wird, ohne dass die Leiterplatte dabei unerwünscht verbogen wird. Die Endposition der Leiterplatte ist dann erreicht, wenn die Leiterplatte mit ihrem überstehenden Teil auf den flexiblen Elementen zum Befestigen der Leiterplatte auf den Schraubdomen des ersten Bauteils aufliegt. Durch die flexiblen bzw. komprimierbaren Elemente unterhalb des Bereichs der Leiterplatte der über das erste Bauteil ragt kann ein Toleranzausgleich beim Befestigen der Leiterplatte realisiert werden.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht ein elektrisches bzw. elektronisches und mechanisches Verbinden der Leiterplatte an beliebigen Bauteilen, wie zum Beispiel Gehäuseteilen, Elektronikbauteilen oder dergleichen. Ein bevorzugter Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung kann zum Befestigen der Leiterplatte an einem Leistungsmodul beispielsweise einer elektrischen Maschine oder dergleichen bei einem Getriebe eines Fahrzeuges sein.
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Als flexible Elemente können beliebige komprimierbare zum Beispiel elastische Elemente, wie zum Beispiel Gummiringe, Federn, Tellerfedern oder dergleichen eingesetzt werden. Als Rahmenelement kann vorzugsweise ein Druckrahmen zum mechanischen Stabilisieren der Leiterplatte eingesetzt werden. Der Druckrahmen kann zum Beispiel mehrteilig ausgeführt sein, um den Druckraum nach erfolgter Montage der Leiterplatte von der Leiterplatte wieder zu entfernen. Es sind auch einteilige Ausführungen denkbar, die eine lösbare Befestigung zum Beispiel durch Verrastungen oder dergleichen ermöglichen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum elektrischen und mechanischen Verbinden bzw. Montieren einer Leiterplatte an einem hinsichtlich der Abmessungen der Leiterplatte kleineren ersten Bauteil gelöst, welches zumindest auf einem zweiten Bauteil befestigt ist. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Montageverfahrens wird die Leiterplatte zum mechanischen Stabilisieren zunächst mit einem Rahmen versehen. Danach wird die Leiterplatte oberhalb des ersten Bauteils ausgerichtet und mit diesem linear gefügt und verschraubt. Danach wird der über das erste Bauteil vorstehende Teil der Leiterplatte mit z.B. Befestigungsschrauben über flexible Elemente zum Toleranzausgleich befestigt. Der Rahmen wird nach dem Befestigen der Leiterplatte an dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil von der Leiterplatte wieder entfernt.
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Die toleranzfreie und spannungsfreie Montage der Leiterplatte wird im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, dass beim Niederdrücken der Leiterplatte die flexiblen Elemente komprimiert werden und dass die Befestigungsschrauben danach bis auf Anschlag in den zugeordneten Schraubdomen eingeschraubt werden, ohne die flexiblen Elemente weiter zu komprimieren. Dadurch wird die toleranzfreie und spannungsfreie Befestigungslage fixiert.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
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1 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zum elektrischen und mechanischen Verbinden einer Leiterplatte;
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2 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß 1;
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3 eine geschnittene Ansicht entlang der Schnittlinie A-A gemäß 2 bei noch nicht montierter Leiterplatte;
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4 eine dreidimensionale schematische Ansicht der Anordnung im montierten Zustand der Leiterplatte;
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5 eine geschnittene Ansicht entlang der Schnittlinie A-A im montierten Zustand der Leiterplatte;
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6 eine schematische dreidimensionale Ansicht der Anordnung nach dem Entfernen des Rahmenelements; und
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7 eine geschnittene Ansicht entlang der Schnittlinie A-A nach dem Entfernen des Rahmenelements.
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In den 1 bis 7 sind verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Anordnung zum elektrischen und mechanischen Verbinden einer Leiterplatte 1 exemplarisch dargestellt. Aus den verschiedenen Darstellungen wird auch das erfindungsgemäße Verfahren zum elektrischen und mechanischen Verbinden der Leiterplatte 1 verdeutlicht.
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Die erfindungsgemäße Anordnung dient zum elektrischen und mechanischen Verbinden der Leiterplatte 1 an einem hinsichtlich der Abmessungen der Leiterplatte 1 kleineren ersten Bauteil, welches bevorzugt eine Leistungselektronik bzw. ein Leistungsmodul 2 ist. Das erste Bauteil bzw. das Leistungsmodul 2 ist auf einem zweiten Bauteil, welches bevorzugt ein Gehäuse 3 ist, befestigt. Die Leiterplatte 1 ist auf dem ersten Bauteil bzw. auf dem Leistungsmodul 2 über Verschraubungen 7 mechanisch befestigt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Rahmenelement 4 zum mechanischen Stabilisieren an der Leiterplatte 1 lösbar befestigt ist. Der über das Leistungsmodul 2 überstehende Teil der Leiterplatte 1 ist zum Toleranzausgleich über mehrere flexible Elemente 5 mit dem Gehäuse 3 befestigt.
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Das z.B. als Spritzgussgehäuse ausgebildete Leistungsmodul 2 ist in bzw. auf dem Gehäuse 3 befestigt, wobei die Leiterplatte 1 elektrisch und mechanisch mit dem Leistungsmodul 2 befestigt ist. Der über das Leistungsmodul 2 vorstehende Teil der Leiterplatte 1 ist über die flexiblen Elemente 5 mit jeweils einem zugeordneten Schraubdom 6 des Gehäuses 3 über Befestigungsschrauben 8 mechanisch befestigt. Der Schraubdom 6 bildet für die zugeordnete Befestigungsschraube 8 quasi das Innengewinde und kann aus Kunststoff oder auch aus Metall gefertigt sein. Bei aus Metall gefertigten Schraubdomen 6 ergibt sich der Vorteil, dass, wenn auch die flexiblen Elemente 5 aus Metall bzw. aus elektrisch leitendem Material sind, wie zum Beispiel Metallfedern oder dergleichen, die Verbindung zum Gehäuse 3 gleichzeitig die Masseanbindung der Leiterplatte 1 zum Gehäuse 3 realisiert.
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Um die komprimierte bzw. elastische Wirkung zum Toleranzausgleich zu erreichen, können die elastischen bzw. flexiblen Elemente 5 auch als Gummiring oder Tellerfedern oder dergleichen ausgeführt sein.
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Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist jeweils den Eckbereichen des überstehenden Teils der Leiterplatte 1 jeweils ein Schraubdom 6 zugeordnet. Zum Befestigen der Leiterplatte 1 an dem Leistungsmodul 2 sind mehrere Verschraubungen 7 vorgesehen, die die Leiterplatte 1 mit ihrer Unterseite an dem Leistungsmodul 2 befestigen.
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Das zur mechanischen Stabilisierung vorgesehene Rahmenelement 4 ist als die Leiterplatte 1 umgebener Druckrahmen ausgeführt und kann nach der Befestigung der Leiterplatte 1 an dem Leistungsmodul 2 bzw. an dem Gehäuse 3 von der Leiterplatte 1 wieder entfernt werden.
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Zur Montage der in 1 als Explosionsdarstellung dargestellten Anordnung wird auch ein Verfahren zum elektrischen und mechanischen Verbinden der Leiterplatte 1 an dem hinsichtlich der Abmessungen der Leiterplatte 1 kleineren ersten Bauteil bzw. Leistungsmodul 2 vorgeschlagen, wobei das Leistungsmodul 2 auf dem zweiten Bauteil bzw. auf dem Gehäuse 3 befestigt ist. Zur Montage der mit dem Rahmenelement 4 verbundenen Leiterplatte 1 wird diese mit gleichmäßig verteilter Kraft linear auf das Leistungsmodul 2 gefügt, ohne dabei die Leiterplatte 1 zu verbiegen. Die Endposition der Leiterplatte 1 ist erreicht, wenn die Leiterplatte 1 auf den Schraubdomen 6 des Leistungsmoduls 2 aufliegt, wie beispielsweise in den 4 bis 7 dargestellt. Die Leiterplatte 1 wird über die Verschraubungen 7 an dem Leistungsmodul 2 befestigt.
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Unterhalb der Bohrungen zum Verschrauben des über das Leistungsmodul 2 vorstehenden Teils der Leiterplatte 1 mit dem Gehäuse 3 befinden sich komprimierbare flexible Elemente 5 auf den zugeordneten Schraubdomen 6 des Gehäuses 3. Beim Niederdrücken der Leiterplatte 1 auf die Endposition werden die flexiblen Elemente 5 komprimiert und eine Kraft in Richtung Leiterplatte 1 erzeugt, wie insbesondere in 5 dargestellt.
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Zum Befestigen der Leiterplatte 1 an dem Gehäuse 3 werden metrische Befestigungsschrauben 8 zum Beispiel mit Beilagscheiben 9 zum Einschrauben in jeweiligen Schraubdom 6 des Gehäuses 3 verwendet. Die Befestigungsschrauben 8 werden bis auf Anschlag eingedreht, ohne die flexiblen Elemente 5 weiter zu komprimieren. Nach abgeschlossenem Schraubvorgang wird das Rahmenelement 4 wieder entfernt, wie in 6 dargestellt. Die Leiterplatte 1 wird durch die Befestigungsschrauben 8 und die federnden bzw. flexiblen Elemente 5 in der nicht verspannten Position gehalten, welches insbesondere aus 7 deutlich wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leiterplatte
- 2
- erstes Bauteil bzw. Leistungsmodul
- 3
- zweites Bauteil bzw. Gehäuse
- 4
- Rahmenelement
- 5
- flexibles Element
- 6
- Schraubdom
- 7
- Verschraubung
- 8
- Befestigungsschraube
- 9
- Beilagscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009045915 A1 [0003]
