DE102016003866A1

DE102016003866A1 - Baugruppe

Info

Publication number: DE102016003866A1
Application number: DE102016003866.7A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Marquardt GmbH
Current assignee: Marquardt GmbH
Priority date: 2015-04-10
Filing date: 2016-04-05
Publication date: 2016-10-13
Also published as: CN107592988B; JP2018512741A; EP3281498A1; US10342117B2; JP6739445B2; WO2016162396A1; CN107592988A; KR20170136602A; US20180092202A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Baugruppe (1) mit einer Leiterplatte (2) und mit einem Bauelement (3). Bei dem Bauelement (3) kann es sich insbesondere um ein elektromechanisches Bauelement, wie einen elektrischen Schaltkontakt, einen elektrischen Schalter, ein Relais o. dgl., handeln. Das Bauelement (3) steht mit der Leiterplatte (2) in elektrischer und/oder mechanischer Verbindung. Zur elektrischen und/oder mechanischen Verbindung des Bauelements (3) mit der Leiterplatte (2) ist ein gabelförmiges Element (4) zwischen dem Bauelement (3) und der Leiterplatte (2) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine solche Baugruppe kann in einer Batterie beziehungsweise einem Akkumulator verwendet werden, insbesondere in einer solchen Batterie, in der große Ströme zu schalten sind. Beispielsweise kann bei der Baugruppe in vorteilhafter Weise eine Leiterplatte an die Pole der Batterie kontaktiert werden, wobei die Leiterplatte als Träger für ein Schaltelement dient. Die Baugruppe eignet sich insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug.
Eine solche Baugruppe umfasst eine erste Teilbaugruppe und eine zweite Teilbaugruppe, wobei die erste Teilbaugruppe mit der zweiten Teilbaugruppe in elektrischer und/oder mechanischer Verbindung steht. An den elektrischen und/oder mechanischen Verbindungen können mechanische Spannungen auftreten, die wiederum zur Beeinträchtigung der Baugruppe führen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektrische und/oder mechanische Verbindung derart auszugestalten, dass die mechanischen Spannungen an der Verbindung verringert sind.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Baugruppe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Baugruppe ist ein Adapterteil zur elektrischen und/oder mechanischen Verbindung der ersten Teilbaugruppe mit der zweiten Teilbaugruppe zwischen der ersten Teilbaugruppe und der zweiten Teilbaugruppe angeordnet. Insbesondere ist dabei ermöglicht, dass zwischen den beiden Teilbaugruppen wirkende Kräfte von dem Adapterteil aufgenommen werden. Solche Kräfte können aufgrund von Toleranzen und/oder Toleranzlagen der beiden Teilbaugruppen, durch Spannungen aufgrund von Erwärmung in wenigstens einer der beiden Teilbaugruppen o. dgl. entstehen. Da diese Kräfte im Adapterteil aufgenommen werden, ist die ansonsten bestehende Gefahr einer Beeinträchtigung der elektrischen und/oder mechanischen Verbindung zwischen den beiden Teilbaugruppen zumindest verringert. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In weiterer Ausgestaltung kann es sich bei der ersten Teilbaugruppe um eine Leiterplatte handeln. Bei der zweiten Teilbaugruppe kann es sich um ein Bauelement handeln. Insbesondere kann es sich bei dem Bauelement um ein elektromechanisches Bauelement, wie einen elektrischen Schaltkontakt, einen elektrischen Schalter, ein Relais o. dgl., handeln. Somit kann es sich bei der Baugruppe um eine elektrische Baugruppe handeln, wobei das Bauelement mit der Leiterplatte in elektrischer und/oder mechanischer Verbindung steht. Eine solche elektrische Baugruppe ist in vorteilhafter Weise zur Verwendung in einer Kraftfahrzeug-Batterie geeignet.
In einer besonders funktionssicheren Ausgestaltung kann es sich bei dem Adapterteil um ein gabelförmiges Element handeln. Insbesondere kann somit das gabelförmige Element zur elektrischen und/oder mechanischen Verbindung des Bauelements mit der Leiterplatte zwischen dem Bauelement und der Leiterplatte angeordnet sein.
In weiterer Ausgestaltung kann das Adapterteil mit der zweiten Teilbaugruppe, insbesondere also das gabelförmige Element mit dem Bauelement, verschraubbar, vernietbar, verschweißbar, verlötbar o. dgl. ausgebildet sein. Dadurch ist eine fertigungstechnisch einfache Verbindung geschaffen. Das Adapterteil kann seinerseits in einfacher Art und Weise mit der ersten Teilbaugruppe, insbesondere also das gabelförmige Element mit der Leiterplatte, verlötbar sein. In ebenfalls einfacher Art und Weise können elektrische Kontaktstellen an der Leiterplatte für die Verlötung mit dem gabelförmigen Element vorgesehen sein.
Bei der Leiterplatte kann es sich um eine Hochstromleiterplatte handeln. Beispielsweise kann eine solche Hochstromleiterplatte mit in die Leiterplatte eingebetteten massiven Kupferelementen zur Leitung eines hohen Stroms versehen sein. Gerade die ansonsten bei solchen Hochstromleiterplatten aufgrund der hohen Ströme auftretenden großen Wärmespannungen werden bei der erfindungsgemäßen Baugruppe beträchtlich verringert, so dass eine Zerstörung der Baugruppe wirksam verhindert ist. Die Funktionssicherheit einer solchen, eine Hochstromleiterplatte umfassenden Baugruppe ist mit Hilfe der Erfindung beträchtlich verbessert.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann das gabelförmige Element eine Grundfläche sowie von der Grundfläche abgehende Gabelzinken aufweisen. Die Gabelzinken können in etwa senkrecht von der Grundfläche abstehen. Die Grundfläche kann in etwa rechteckförmig ausgestaltet sein, wobei in einfacher Art und Weise die Gabelzinken an den Seiten der rechteckförmigen Grundfläche angeordnet sein können. Die Gabelzinken können in einfacher Weise an den elektrischen Kontaktstellen befestigt sein.
In kompakter Art kann die Grundfläche des gabelförmigen Elements an der zweiten Teilbaugruppe, insbesondere also an dem Bauelement, befestigt sein. Falls es für den für die Baugruppe zur Verfügung stehenden Bauraum zweckmäßig erscheint, kann in weiterer Ausgestaltung von der Grundfläche ein Verbindungsteil abstehen. Und zwar kann das Verbindungsteil insbesondere den Gabelzinken in Bezug auf die Grundfläche gegenüberliegend von der Grundfläche abstehen. Dann kann das Verbindungsteil an der zweiten Teilbaugruppe, insbesondere also an dem Bauelement, befestigt sein.
In kostengünstiger sowie einfacher Art und Weise kann es sich anbieten, dass das gabelförmige Element aus Metallblech als ein Stanz-Biege-Teil hergestellt ist.
Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Baugruppe ist nachfolgendes festzustellen.
In elektromechanischen Steuergeräten ergibt sich oft die Situation, dass elektromechanische Schaltelemente elektrisch mit einem zentralen Kombiboard zu verbinden sind. Diese Verbindungen verursachen mechanische Kräfte in X-, Y- und/oder Z-Richtung, die wiederum mechanische Spannungen verursachen, die für jedes gefertigte Teil anders gerichtet sind. Diese mechanischen Spannungen führen wiederum dazu, dass diese Kräfte statisch auf alle beteiligten Komponenten wirken. Dieser dauerhafte Stress kann dann zur Zerstörung der Gesamtbaugruppe führen.
Die erfindungsgemäße Idee besteht darin, die Toleranzlagen um bis zu 100% zu entspannen, so dass allenfalls eine geringe Restkraft auf die beteiligten Komponenten wirkt. Mit dieser Lösung kann man sicherstellen, dass alle auftretenden Kräfte im wesentlichen ausgeglichen sind.
Elektromechanische Baugruppen, umfassend beispielsweise ein Relais und eine Leiterplatte, sollen miteinander verbunden werden. Aufgrund der Herstellungsparameter hat jede Baugruppe für sich Toleranzen, die immer vorhanden sind. Damit beim Befestigen der Leiterplatte mit dem Relais keine mechanischen Spannungen entstehen, besteht die Idee im Vorsehen eines Adapterteils. Das Adapterteil ist beispielsweise ein Stanzbiegeteil, das die Leiterplattenkontakte mit den einzelnen mechanischen Kontaktteilen verbindet. Die einzelnen Baugruppen bestehend aus Leiterplatte, Adapterteil und elektromechanischen Baugruppen werden zusammengefügt. Das Adapterteil wird beispielsweise mittels einer Schraube, einer Schweißung und/oder einer Nietverbindung mit dem elektromechanischen Kontakt kraftschlüssig verbunden. Im Weiteren wird das Adapterteil mit der Leiterplatte durch eine feste Verbindung verbunden, beispielsweise mittels einer Lötung. Die Reihenfolge der Verbindungstechniken kann selbstverständlich unterschiedlich sein.
Die mechanische Verbindung zwischen der elektromechanischen Baugruppe und dem Adapterteil richtet sich an den vorliegenden Toleranzlagen des elektromechanischen Bauteiles aus. Diese Toleranzfreiheit ist sowohl im Adapterteil als auch in der Leiterplatte vorgehalten. Durch die feste Verbindung, beispielsweise mittels eines Lötprozesses oder Schweißprozesses, werden abschließend die vorhandenen Toleranzen ausgeglichen. Das dabei erzielte Ergebnis ist, dass keine mechanischen Spannungen auf die Baugruppen wirken.
Vorteilhafterweise ist somit beispielsweise eine Leiterplatte, insbesondere eine Hochstromleiterplatte, geschaffen, bei der die Verbindung zu weiteren Baugruppen mechanisch entkoppelt ist. Folglich wirken keine beziehungsweise allenfalls geringe mechanischen Spannungen auf die einzelnen Baugruppen, beispielsweise auf die Leiterplatte, auf ein Relais und/oder auf sonstige elektrische beziehungsweise elektronische Bauelemente auf der Leiterplatte, ein.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in Folgendem:

– Es werden keine teuren Leiterplatten mit speziellen Kontaktformen benötigt.
– Alle Kontaktstellen zu elektromechanischen Baugruppen können mit dem gleichen Konzept verbunden werden.
– Es ist eine gute elektrische Anbindung geschaffen.
– Es ist eine gute thermische Anbindung geschaffen.
– Es ist eine sichere Verbindungstechnik geschaffen.
– Es ist eine beständige Verbindungstechnik geschaffen.
– Es handelt sich um eine mechanisch spannungsfreie Verbindungstechnik.
– Es sind gute Überwachungsmöglichkeiten in der Fertigung der Baugruppe gegeben.

Insbesondere bei hohen Strömen ist die Verwendung von Hochstromleiterplatten in einer erfindungsgemäßen Baugruppe anstelle des bisherigen Vorsehens eines Kabelbaums nicht so anfällig gegen Störungen wie bisher. Ebenso ist eine solche, erfindungsgemäß ausgestaltete Anordnung auch kostengünstiger als bisherige Kabelbäume, wenn alle herstellungsbedingten Parameter berücksichtigt werden. Desweiteren ist eine solche, erfindungsgemäß ausgestaltete Anordnung auch funktionssicherer im Betrieb.
Ausführungsbeispiele der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 in schematischer Art eine elektrische Baugruppe in Seitenansicht,
2 die Draufsicht auf die Baugruppe in Richtung II gemäß 1,
3 eine elektrische Baugruppe gemäß einer weiteren Ausführung in Seitenansicht sowie Draufsicht und
4 einen Schnitt durch die Baugruppe aus 3.
In 1 ist eine Baugruppe 1 zu sehen, die eine erste Teilbaugruppe 2 und eine zweite Teilbaugruppe 3 umfasst. Vorliegend handelt es sich bei der ersten Teilbaugruppe 2 um eine Leiterplatte und bei der zweiten Teilbaugruppe 3 um ein Bauelement. Bei dem Bauelement 3 handelt es sich wiederum um ein elektromechanisches Bauelement, und zwar um einen elektrischen Schaltkontakt. Der elektrische Schaltkontakt 3 kann beispielsweise Bestandteil eines elektrischen Schalters, eines Relais o. dgl. sein. Bei der Baugruppe 1 handelt es sich somit um eine elektrische Baugruppe.
Die beiden Teilbaugruppen 2, 3 der Baugruppe 1 stehen miteinander in elektrischer und/oder mechanischer Verbindung, indem das Bauelement 3 mit der Leiterplatte 2 in elektrischer und/oder mechanischer Verbindung steht. Zur elektrischen und/oder mechanischen Verbindung des Bauelements 3 mit der Leiterplatte 2 ist ein Adapterteil 4 zwischen dem Bauelement 3 und der Leiterplatte 2 angeordnet. Und zwar ist für jeden elektrischen Anschluss des Bauelements 3 ein Adapterteil 4 vorgesehen. Mit Hilfe des Adapterteils 4 werden die zwischen den beiden Teilbaugruppen 2, 3 wirkenden Kräfte aufgenommen.
Das Adapterteil 4 ist vorliegend als ein gabelförmiges Element ausgestaltet. Das gabelförmige Element 4 ist mit dem Bauelement 3 verschraubbar, und zwar dient eine Schraube 5 zur Verschraubung des gabelförmigen Elements 4 mit dem elektrischen Anschluss des Schaltkontakts 3. Anstelle einer Verschraubung kann das gabelförmige Element 4 auch mit dem Bauelement 3 vernietbar, verschweißbar, verlötbar o. dgl. ausgestaltet sein. Das gabelförmige Element 4 ist seinerseits mit der Leiterplatte 2 mittels elektrischen Kontaktstellen 6 an der Leiterplatte 2 verlötbar.
Das gabelförmige Element 4 besitzt eine Grundfläche 7, die in etwa rechteckförmig ausgestaltet ist. Das Bauelement 3 ist mittels der Schraube 5 an der Grundfläche 7 befestigt, und zwar insbesondere indem die Grundfläche 7 am elektrischen Anschluss des Schaltkontakts 3 mittels der Schraube 5 befestigt ist. Weiter weist das gabelförmige Element 4 von der Grundfläche 7 abgehende, in etwa senkrecht abstehende Gabelzinken 8 auf. Wie man anhand von 2 erkennt, sind vier gabelförmige Zinken 8 in etwa rechteckförmig an den Seiten der Grundfläche 7 angeordnet. Die der Grundfläche 7 abgewandte Spitze des Gabelzinkens 8 ist mittels Verlötung an der elektrischen Kontaktstelle 6 der Leiterplatte 2 befestigt. Das gabelförmige Element 4 stellt somit über die Grundfläche 7 sowie die Gabelzinken 8 die elektrische und/oder mechanische Verbindung des Bauelements 3 mit der Leiterplatte 2 her. Das gabelförmige Element 4 ist aus Metallblech als ein Stanz-Biege-Teil hergestellt.
Während gemäß 1 und 2 das Bauelement 3 im wesentlichen parallel zur Leiterplatte 2 angeordnet ist, ist in einer anderen Ausführung, die in 3 und 4 gezeigt ist, das Bauelement 3 im wesentlichen senkrecht zur Leiterplatte 2 angeordnet, also „liegend” montiert. Beispielsweise kann dies aufgrund des für die elektrische Baugruppe 1 zur Verfügung stehenden Bauraums zweckmäßig sein. Das wiederum als gabelförmiges Element 4 ausgestaltete Adapterteil besitzt eine Grundfläche 7, von der vier Gabelzinken 8 abstehen. Von der Grundfläche 7 steht weiter ein Verbindungsteil 10 ab. Und zwar ist das Verbindungsteil 10 in Bezug auf die Grundfläche 7 den Gabelzinken 8 gegenüberliegend angeordnet, d. h. das Verbindungsteil 10 steht entgegengesetzt zu den Gabelzinken 8 von der Grundfläche 7 ab. Das Verbindungsteil 10 ist mittels einer Schraube 5 an dem Bauelement 3 befestigt.
Bei der Leiterplatte 2 kann es sich um eine Hochstromleiterplatte handeln. Hierfür können in die Leiterplatte 2 massive Kupferelemente zur Leitung eines hohen Stroms eingebettet sein. Aufgrund des hohen fließenden Stroms entsteht eine gewisse Wärme im Schaltkontakt 3. Der Wärmefluss 9 kann zumindest zum Teil über das gabelförmige Element 4 auf die Leiterplatte 2 und von dort beispielsweise über nicht weiter gezeigte Kühlkörper abgeleitet werden.
Das gabelförmige Element 4 kann als Adapterteil in einer Baugruppe 1 für das Batteriesystem eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann das erfindungsgemäße gabelförmige Element 4 auch in Hausgeräten, Audiogeräten, Videogeräten, Telekommunikationsgeräten o. dgl. Verwendung finden, um zwei Teilbaugruppen in einer Baugruppe miteinander elektrisch und/oder mechanisch zu verbinden.
Bezugszeichenliste

1: (elektrische) Baugruppe
2: erste Teilbaugruppe/Leiterplatte
3: zweite Teilbaugruppe/Bauelement/Schaltkontakt
4: Adapterteil/gabelförmiges Element
5: Schraube
6: Kontaktstelle
7: Grundfläche
8: Gabelzinken
9: Wärmefluss
10: Verbindungsteil

Claims

Baugruppe umfassend eine erste Teilbaugruppe (2) und eine zweite Teilbaugruppe (3), wobei die erste Teilbaugruppe (2) mit der zweiten Teilbaugruppe (3) in elektrischer und/oder mechanischer Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass ein Adapterteil (4) zur elektrischen und/oder mechanischen Verbindung der ersten Teilbaugruppe (2) mit der zweiten Teilbaugruppe (3) zwischen der ersten Teilbaugruppe (2) und der zweiten Teilbaugruppe (3) angeordnet ist, insbesondere derart dass zwischen den beiden Teilbaugruppen (2, 3) wirkende Kräfte von dem Adapterteil (4) aufgenommen werden.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der ersten Teilbaugruppe (2) um eine Leiterplatte handelt, dass es sich vorzugsweise bei der zweiten Teilbaugruppe (3) um ein Bauelement, insbesondere um ein elektromechanisches Bauelement, wie einen elektrischen Schaltkontakt, einen elektrischen Schalter, ein Relais o. dgl., handelt, und dass es sich weiter vorzugsweise bei der Baugruppe (1) um eine elektrische Baugruppe handelt, wobei das Bauelement (3) mit der Leiterplatte (2) in elektrischer und/oder mechanischer Verbindung steht.
Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Adapterteil (4) um ein gabelförmiges Element handelt.
Baugruppe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterteil (4) mit der zweiten Teilbaugruppe (3), insbesondere das gabelförmige Element (4) mit dem Bauelement (3), verschraubbar, vernietbar, verschweißbar, verlötbar o. dgl. ist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterteil (4) mit der ersten Teilbaugruppe (2), insbesondere das gabelförmige Element (4) mit der Leiterplatte (2), verlötbar ist, und dass vorzugsweise elektrische Kontaktstellen (6) an der Leiterplatte (2) für die Verlötung vorgesehen sind.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Leiterplatte (2) um eine Hochstromleiterplatte, insbesondere mit in die Leiterplatte (2) eingebetteten massiven Kupferelementen zur Leitung eines hohen Stroms, handelt.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das gabelförmige Element (4) eine Grundfläche (7) sowie von der Grundfläche (7) abgehende Gabelzinken (8) aufweist, dass vorzugsweise die Gabelzinken (8) in etwa senkrecht von der Grundfläche (7) abstehen, dass weiter vorzugsweise die Grundfläche (7) in etwa rechteckförmig ausgestaltet ist, wobei die Gabelzinken (8) an den Seiten der rechteckförmigen Grundfläche (7) angeordnet sind, und dass noch weiter vorzugsweise die Gabelzinken (8) an den elektrischen Kontaktstellen (6) befestigt sind.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (7) des gabelförmigen Elements (4) an der zweiten Teilbaugruppe (3), insbesondere an dem Bauelement (3), befestigt ist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass von der Grundfläche (7) ein Verbindungsteil (10) absteht, insbesondere den Gabelzinken (8) in Bezug auf die Grundfläche (7) gegenüberliegend, und dass vorzugsweise das Verbindungsteil (10) an der zweiten Teilbaugruppe (3), insbesondere an dem Bauelement (3), befestigt ist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das gabelförmige Element (4) aus Metallblech als ein Stanz-Biege-Teil hergestellt ist.