DE102016212597A1

DE102016212597A1 - Verfahren zur Erstellung einer Elektronik

Info

Publication number: DE102016212597A1
Application number: DE102016212597.4A
Authority: DE
Inventors: Maik Rümmler; Steve Eberlein
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2016-07-11
Publication date: 2018-01-11
Also published as: CN107613661A; CN107613661B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (16) zur Erstellung einer Elektronik (12) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nebenaggregats (2), bei dem ein elektrisches oder elektronisches Bauelement (38) durch eine Öffnung (26) in eine Aussparung (22) eines Trägers (20) zumindest teilweise eingeführt wird. Die Öffnung (26) wird plastisch verformt, und der Träger (20) wird an einem Schaltungsträger (52) befestigt. Die Erfindung betrifft ferner eine Elektronik (12) eines Kraftfahrzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronik eines Kraftfahrzeugs. Die Elektronik ist vorzugsweise ein Bestandteil eines Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs. Das Nebenaggregat ist beispielsweise ein Verstellantrieb, wie ein elektromotorischer Fensterheber. Die Erfindung betrifft ferner eine Elektronik eines Kraftfahrzeugs.
Kraftfahrzeuge umfassen üblicherweise Verstellteile, beispielsweise Seitenfenster und/oder ein Schiebedach, welche mittels eines Elektromotors geöffnet oder geschlossen werden können. Das jeweilige Verstellteil wird mittels eines von dem Elektromotor angetriebenen Getriebes in Form insbesondere einer Spindel betätigt. Die Steuerung des Elektromotors erfolgt durch eine Elektronik, die eine Leiterplatte umfasst. Mittels der Leiterplatte und mittels elektrischer und/oder elektronischer Bauelemente ist hierbei eine Schaltung realisiert, die der Ansteuerung des Motors dient. Beispielsweise weist die Schaltung eine Anzahl an Drosseln zur Glättung eines Stromverlaufs auf. Sofern der Elektromotor als bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) ausgestaltet ist, weist die Elektronik eine sogenannte Brückenschaltung auf, die mittels mehrerer Leistungshalbleiterschalter gebildet ist.
Die elektrischen bzw. elektronischen Bauelemente sind meist in SMD-Bauform vorhanden und werden mittels einer sogenannten Surface Mounted Technology (SMT) an der Leiterplatte befestigt sowie mit Leiterbahnen der Leiterplatte elektrisch kontaktiert. Bestimmte elektrische bzw. elektronische Bauteile liegen jedoch als bedrahtete Bauelemente vor. So sind meistens vergleichsweise großbauende Elektrolytkondensatoren als bedrahtetes Bauelement ausgeführt. Diese weisen eine vergleichsweise hohe mechanische Trägheit auf, weswegen die elektrischen Verbindungsstellen zwischen dem Bauelement und der Leiterplatte bei einer Vibration der Leiterplatten vergleichsweise hohen Belastungen ausgesetzt sind. So können die elektrischen Verbindungsstellen einen Ermüdungsbruch erleiden, oder durch Reibkorrosion kann ein elektrischer Übergangswiderstand erhöht werden.
Daher werden derartige elektrische oder elektronische Bauelemente üblicherweise mittels eines Klebers befestigt, was jedoch zusätzliche Arbeitsschritte erfordert. Auch muss die Leiterplatte frei von Verschmutzungen sein, an denen der Kleber anderweitig nicht haften würde. Eine weitere Alternative sieht vor, dass Träger mit Klipsen verwendet werden, die das Bauteil halten. So ist beispielsweise aus DE 198 14 156 C1 eine Anordnung aus einem Bauteil und einem Trägerelement bekannt. Das passive elektrische Bauelement wird an dem Trägerelement gehalten, was mittels einer Schnappverbindung erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung einer Elektronik eines Kraftfahrzeugs sowie eine besonders geeignete Elektronik eines Kraftfahrzeugs anzugeben, wobei insbesondere Herstellungskosten und/oder ein Platzbedarf reduziert und vorzugsweise eine Zuverlässigkeit verbessert ist.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Elektronik durch die Merkmale des Anspruchs 9 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Die Elektronik ist Bestandteil eines Kraftfahrzeugs und weist vorzugsweise eine Schaltung auf, mittels derer zumindest eine Funktion des Kraftfahrzeugs beeinflusst werden kann. Insbesondere ist die Elektronik ein Bestandteil eines Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs, welches nicht dem direkten Vortrieb des Kraftfahrzeugs dient. Zum Beispiel ist das Nebenaggregat eine Pumpe oder umfasst eine Pumpe, wie eine Kühlmittel- oder Ölpumpe. In einer weiteren Alternative ist das Nebenaggregat eine elektrische Bremse, wie eine elektrische Parkbremse. Zum Beispiel ist das Nebenaggregat eine mechatronische Baugruppe.
Das Nebenaggregat weist zweckmäßigerweise einen Elektromotor auf und kann beispielsweise auch ein Lüfter- oder Kompressormotor sein. Bei Betrieb wird mittels der Elektronik vorzugsweise der Elektromotor gesteuert/geregelt. Der Elektromotor ist insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) und/oder die Elektronik weist eine Brückenschaltung auf.
Vorzugsweise ist das Nebenaggregat ein Verstellantrieb. Mit anderen Worten ist die Elektronik ein Bestandteil des Verstellantriebs des Kraftfahrzeugs, wie einer elektromotorisch betätigten Heckklappe, eines elektromotorisch betätigten Schiebedachs oder einer elektromotorisch betätigten Tür. Bei Betrieb wird ein Verstellteil entlang eines Verstellwegs verbracht. Das Verstellteil ist in diesem Fall eine Heckklappe, ein Schiebedach bzw. eine Tür. Besonders bevorzugt ist der Verstellantrieb ein elektromotorisch betriebener Fensterheber, und das Verstellteil ist eine Fensterscheibe. In einer weiteren Alternative ist der Verstellantrieb eine elektromotorische Sitzverstellung, wobei als Verstellteil der Sitz und/oder Bestandteile des Sitzes, wie eine Lehne, verbracht wird. Mittels des Elektromotors wird vorzugsweise die Lehne um einen bestimmten Winkel verschwenkt. Mittels der Elektronik wird vorzugsweise der jeweilige Elektromotor gesteuert/geregelt. Alternativ oder in Kombination hierzu wird mittels der Elektronik ein Einklemmschutz bereitgestellt, mittels dessen überwacht wird, ob ein Objekt von dem Verstellteil bei einer Bewegung entlang des Verstellweges eingeklemmt wird. Geeigneterweise ist der Verstellantrieb ein Getriebeaktuator, ein Lenkungsmotor oder ein Bestandteil eines ABS- oder ESP-Systems.
Das Verfahren sieht vor, dass ein elektrisches oder elektronisches Bauelement durch eine Öffnung in eine Aussparung eines Trägers zumindest teilweise eingeführt wird. Die Aussparung ist vorzugsweise sacklochartig ausgestaltet. Beispielsweise ist die Aussparung nach Art eines Sacklochs gefertigt und weist folglich einen Boden auf. Zumindest jedoch wird die Aussparung mittels der Öffnung auf einer Seite begrenzt, und die Aussparung weist zumindest eine Außenwand auf, die mittels des Trägers gebildet ist. Zweckmäßigerweise wird das elektrische oder elektronische Bauelement vollständig innerhalb der Aussparung angeordnet. Folglich wird das elektrische oder elektronische Bauelement mittels des Trägers geschützt. Der Träger weist vorzugsweise keine weitere Funktion auf, als das elektrische oder elektronische Bauelement zu schützen sowie dieses zu halten. Die Aussparung und die Öffnung weisen zweckmäßigerweise Abmessungen auf, die ein Einführen des elektrischen oder elektronischen Bauelements erlauben, wobei zwischen diesen insbesondere zumindest eine Spielpassung erstellt ist. Vorzugsweise ist das elektrische oder elektronische Bauelement innerhalb der Aussparung nach dessen Einführung zumindest abschnittsweise von dem Träger beabstandet. Insbesondere ist die Aussparung auf das elektrische oder elektronische Bauelement angepasst. Zweckmäßigerweise weist die Aussparung den gleichen Querschnitt wie das elektrische oder elektronische Bauelement auf, wobei der Querschnitt insbesondere vergrößert ist, zum Beispiel um 2%, 5% oder 10%.
In einem sich hieran anschließenden weiteren Arbeitsschritt wird die Öffnung plastisch verformt. Vorzugsweise wird die Öffnung oder ein Abschnitt des Trägers im Bereich der Öffnung verstemmt, insbesondere heißverstemmt. Beispielsweise wird ferner die Aussparung in weiteren Bereichen plastisch verformt. Zweckmäßigerweise wird die Öffnung derart plastisch verformt, dass das elektrische oder elektronische Bauelement nicht mehr aus der Aussparung entfernt werden kann. Die Öffnung wird also derart plastisch verformt, dass ein Entfernen des elektrischen oder elektronischen Bauelements aus der Aussparung nicht mehr möglich und folglich unterbunden ist. Beispielsweise wird der Querschnitt der Öffnung verändert. Geeigneterweise wird die Öffnung derart plastisch verformt, dass das elektrische oder elektronische Bauelement innerhalb der Aussparung gehalten ist. Die Verformung ist plastisch, sodass nach Abschluss der Verformung die Öffnung in der geänderten Form verbleibt, wobei keine oder im Wesentlichen keine mechanische Spannung innerhalb des Trägers im Bereich der Öffnung vorliegt. Zweckmäßigerweise liegt keine mechanische Spannung innerhalb des Trägers vor, zumindest im Bereich der Aussparung.
In einem weiteren Arbeitsschritt wird der Träger an einen Schaltungsträger befestigt. Insbesondere wird der Träger auf den Schaltungsträger aufgesetzt. Vorzugsweise ist die Öffnung auf den Schaltungsträger zugerichtet. Die Befestigung des Trägers an dem Schaltungsträger erfolgt beispielsweise mittels Verstemmen, wie Heißverstemmen, Kleben. Alternativ wird der Träger mit dem Schaltungsträger verclipst oder verrastet. Beispielsweise werden Befestigungsmittel verwendet, wie Schrauben oder Nieten, die insbesondere aus einem Kunststoff oder einem Metall gefertigt sind. Alternativ hierzu umgreift der Träger zumindest abschnittsweise Kanten des Schaltungsträgers. Zusammenfassend ist im Anschluss der Träger an dem Schaltungsträger befestigt, wobei die Befestigung beispielsweise lösbar oder unlösbar ist. Zumindest jedoch werden der Träger und folglich auch das elektrische oder elektronische Bauelement an dem Schaltungsträger gehalten. Der Schaltungsträger selbst weist vorzugsweise elektrische Anschlüsse, wie Leiterbahnen oder Anschlusspads, auf, die insbesondere aus einem Kupfer erstellt sind. Zweckmäßigerweise sind an dem Schaltungsträger weiter elektrische oder elektronische Bauelemente angebunden.
Aufgrund des Verfahrens wird das elektrische oder elektronische Bauelement mittels des Trägers vergleichsweise effizient an dem Schaltungsträger gehalten, wobei keine mechanische Spannung innerhalb des Trägers vorliegt. Auch ist ein Einführen des elektrischen oder elektronischen Bauelements in die Aussparung erleichtert, da keine Kräfte überwunden werden müssen. Zudem wirken bei Betrieb der Elektronik keine Kräfte auf das elektrische oder elektronische Bauelement, die mittels des Trägers ausgeübt werden, was dessen Betriebsdauer erhöht. Zudem tritt keine Materialermüdung innerhalb des Trägers aufgrund einer durchgehend ausgeübten Kraft auf. Ferner würde eine derartige Materialermüdung lediglich vergleichsweise geringe Auswirkungen aufweisen, weswegen eine Zuverlässigkeit erhöht ist. Da keine zusätzlichen Befestigungsmittel zum Halten des elektrischen oder elektronischen Bauelements an dem Träger erforderlich sind, sind Herstellungskosten reduziert.
Das elektrische oder elektronische Bauelement ist beispielsweise ein Halbleiterschalter, eine elektrische Spule, ein Widerstand, eine Drossel, ein Relais oder ein Chip, beispielsweise ein Mikrochip, ein Kondensator, wie ein Elektrolytkondensator (Elko) oder ein Keramikkondensator (Kerko), oder ein Prozessor. Das elektrische oder elektronische Bauelement ist beispielsweise ein Shunt, ein Leistungswiderstand oder ein Leistungshalbleiterschalter. Das elektrische oder elektronische Bauelement selbst weist vorzugsweise einen Körper auf, mittels dessen die eigentliche Funktion des elektrischen oder elektronischen Bauelements bereitgestellt ist. Der Körper wird insbesondere vollständig, zumindest teilweise, innerhalb der Aussparung angeordnet.
Insbesondere weist die Elektronik weitere elektrische oder elektronische Bauelemente auf, die nicht innerhalb einer Aussparung des Trägers angeordnet sind, und die vorzugsweise elektrisch mit dem Schaltungsträger kontaktiert und/oder an diesem befestigt sind. Beispielsweise sind die weiteren elektrischen oder elektronischen Bauelemente kleiner als das elektrische oder elektronische Bauelement, das zumindest teilweise innerhalb der Aussparung des Trägers angeordnet ist. Vorzugsweise umfasst die Elektronik ein Gehäuse, innerhalb dessen der Schaltungsträger und der Träger sowie das elektrische oder elektronische Bauelement angeordnet sind. Auf diese Weise werden der Schaltungsträger sowie das elektrische oder elektronische Bauelement vor Witterungseinflüssen oder einer sonstigen mechanischen Beschädigung geschützt.
Zum Beispiel ist der Träger einstückig. Der Träger ist vorzugsweise aus einem Kunststoff gefertigt, beispielsweise in einem Spritzgußverfahren. Der Kunststoff ist vorzugsweise ein Thermoplast. Zweckmäßigerweise ist der Kunststoff ein Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder insbesondere ein Polyamid (PA). Auf diese Weise ist eine plastische Verformung vereinfacht.
Das elektrische oder elektronische Bauelement umfasst insbesondere ferner zwei Anschlussterminals („Pins“) zur Befestigung und elektrischen Kontaktierung. Beispielsweise umfasst das elektronische Bauelement mehrerer dieser Anschlussterminals („Pins“). Die Anschlussterminals sind vorzugsweise aus einem Metall gefertigt und an dem Körper des elektrischen oder elektronischen Bauelements befestigt sowie mit diesem elektrisch kontaktiert, sofern dieser vorhanden ist. Die Anschlussterminals ragen im Montagezustand vorzugsweise durch die Öffnung und/oder befinden sich zumindest abschnittsweise außerhalb der Aussparung.
Z.B. ist das elektrische oder elektronische Bauelement ein SMD-Bauteil, also ein Bauelement, welches mittels Oberflächenmontage an dem Schaltungsträger befestigt wird. Geeigneterweise sind die Anschlussterminals für eine derartige Montage ausgestaltet. Besonders bevorzugt jedoch ist das elektrische oder elektronische Bauelement ein bedrahtetes Bauelement. Mit anderen Worten wird ein bedrahtetes elektrisches oder elektronisches Bauelement herangezogen, das somit insbesondere für eine Durchsteckmontage („Through Hole Technology“) vorgesehen oder zumindest geeignet ist. Insbesondere sind die Anschlussterminals („Pin“) des elektrischen oder elektronischen Bauelements mittels eines Drahts oder dergleichen, beispielsweise einem Flachleiter, gebildet. Insbesondere sind die Anschlussterminals parallel zueinander.
Beispielsweise ist der Schaltungsträger ein „Molded Interconnect Device“ („MID“) und ein spritzgegossenes Kunststoffbauteil mit einer Anzahl an darauf aufgebrachten metallischen Leiterbahnen. Besonders bevorzugt jedoch ist der Schaltungsträger eine Leiterplatte, welches ein Fasergewebe, beispielsweise Papier oder besonders bevorzugt Glasfaser, umfasst, das mit einem Harz, beispielsweise Epoxidharz, stabilisiert ist. Infolgedessen ist es ermöglicht, standardisierte Bauteile zur Herstellung der Elektronik zu verwenden, was Herstellungskosten weiter reduziert. In einer weiteren Alternative ist der Schaltungsträger ein Stanzgitter. Mit anderen Worten ist der Schaltungsträger insbesondere ein in einem Stanzverfahren erstellter Metallstreifen, der beispielsweise gebogen ist. Das Stanzgitter ist beispielsweise aus einem Aluminium oder einem Kupfer erstellt.
Bevorzugt wird die Öffnung verkleinert. Mit anderen Worten wird die Öffnung plastisch verkleinert. Zweckmäßigerweise wird die Öffnung derart plastisch verkleinert, dass die Abmessung der Öffnung nunmehr kleiner als die Abmessung des elektrischen oder elektronischen Bauteils ist. Auf diese Weise ist ein Ablösen des elektrischen oder elektronischen Bauteils von dem Träger auch bei einer etwaigen relativen Bewegung der beiden zueinander ausgeschlossen.
Vorzugsweise weist der Träger einen Dom auf, der die Öffnung zumindest teilweise begrenzt. Insbesondere ist der Dom einstückig mit weiteren Bestandteilen des Trägers und der Träger ist zweckmäßigerweise einstückig ausgestaltet. Geeigneterweise wird ein derartiger Träger herangezogen. Der Dom verläuft hierbei vor der plastischer Verformung zweckmäßigerweise im Wesentlichen senkrecht zur Hauptausdehnungsrichtung des Trägers und/oder beispielsweise parallel zur Einführrichtung des elektrischen oder elektronischen Bauteils in die Aussparung. Zur plastischen Verformung der Öffnung wird der Dom zumindest teilweise über die Aussparung verbracht, insbesondere gebogen. Zusammenfassend begrenzt der Dom die Öffnung vor der plastischen Verformung, wobei der Dom zweckmäßigerweise mit der Aussparung fluchtet und insbesondere nicht oberhalb der Aussparung angeordnet ist. Bei der plastischen Verformung der Öffnung wird der Dom zweckmäßigerweise über die Aussparung verbracht und folglich die Öffnung insbesondere verkleinert. Beispielsweise wird der Dom um 90° verbogen, jedoch zweckmäßigerweise weniger als 45° und beispielsweise um 30° +/– 5°. Mittels des Doms ist ein definierter Abschnitt des Trägers bereitgestellt, der plastisch verformt wird. Der Dom weist zweckmäßigerweise keine weitere Funktion auf, sodass bei der plastischen Verformung keine weitere Funktion des Trägers beeinflusst wird. Auch werden bei der plastischen Verformung des Doms keine weiteren Abschnitte des Trägers verformt, sodass dessen anderweitigen Anforderungen aufgrund der plastischen Verformung nicht beeinflusst werden.
Vorzugsweise wird das elektrische oder elektronische Bauelement elektrisch mit dem Schaltungsträger kontaktiert, insbesondere direkt. Zweckmäßigerweise wird das elektrische oder elektronische Bauelement mit dem Schaltungsträger verlötet. Geeigneterweise erfolgt mittels der elektrischen Kontaktierung auch zumindest teilweise eine Befestigung des elektrischen oder elektronischen Bauelements an dem Schaltungsträger. Vorzugsweise erfolgt die elektrische Kontaktierung zeitgleich, oder zeitlich nachfolgend zur Befestigung des Trägers an dem Schaltungsträger. Zum Beispiel wird das elektrische oder elektronische Bauelement mittels der Anschlussterminals, sofern diese vorhanden sind, an dem Schaltungsträger befestigt sowie mit dem Schaltungsträger elektrisch kontaktiert, insbesondere mit Leiterbahnen und/oder Anschlusspads des Schaltungsträgers. Die Befestigung erfolgt vorzugsweise im gleichen Zug mit der elektrischen Kontaktierung, beispielsweise mittels Löten. Mit anderen Worten sind die Anschlussterminals und der Schaltungsträger, insbesondere Leiterbahnen bzw. Anschlusspads des Schaltungsträgers, miteinander verlötet. Geeigneterweise ist das elektrische oder elektronische Bauelement in SMD-Technik (Oberflächenmontage) mit dem Schaltungsträger elektrisch kontaktiert und an diesem befestigt. Auf diese Weise ist vergleichsweise kostengünstig eine Massenproduktion der Elektronik ermöglicht.
Zweckmäßigerweise wird der Träger im Bereich der Öffnung aufgeschmolzen. Mit anderen Worten wird der Träger im Bereich der Öffnung zur plastischen Verformung zweckmäßigerweise teilweise verflüssigt oder aufgeweicht, was die plastische Verformung erleichtert, da lediglich vergleichsweise geringe mechanische Kräfte zur plastischen Verformung ausgeübt werden müssen. Insbesondere wird ein Rand der Öffnung aufgeschmolzen, und/oder der Dom, sofern dieser vorhanden ist, insbesondere derjenige Bereich des Doms, mittels dessen dieser an weiteren Bestandteilen des Trägers angebunden ist. Aufgrund des Aufschmelzens lediglich im Bereich der Öffnung werden weitere Abschnitte des Trägers nicht verformt und es ist lediglich ein vergleichsweise geringer Energieeintrag zur Verformung erforderlich.
Beispielsweise erfolgt das Aufschmelzen mittels Ultraschalls, insbesondere mittels Ultraschall-Nietens („Sonotrode“), zumindest falls ein Träger aus einem Kunststoff herangezogen wird. Auf diese Weise können Herstellungskosten und eine Fertigungszeit weiter reduziert werden. Zudem ist ein definiertes Aufschmelzen im Bereich der Öffnung ermöglicht, sodass weitere Bestandteile des Trägers lediglich im vergleichsweise geringen Maße erwärmt werden. In einer Alternative wird Laserlicht herangezogen. Mit anderen Worten wird der Träger im Bereich der Öffnung mittels eines Lasers aufgeschmolzen, was ebenfalls eine vergleichsweise präzise Aufwärmung des Trägers lediglich im Bereich der Öffnung erlaubt, sodass weitere Bestandteile des Trägers und/oder des elektrischen oder elektronischen Bauelements vermieden sind. In einer weiteren Alternative hierzu wird der Träger im Bereich der Öffnung mittels Heißlufts aufgeschmolzen, was vergleichsweise kostengünstig durchführbar ist. In einer weiteren Alternative hierzu wird ein Heißstempel herangezogen, was auch eine vergleichsweise kostengünstige Fertigung erlaubt. Zudem kann ein thermischer Energieeintrag vergleichsweise präzise erfolgen, sodass weitere Abschnitte des Trägers und/oder das elektrische oder elektronische Bauelement lediglich vergleichsweise gering erwärmt werden.
Besonders bevorzugt wird zumindest teilweise ein Formschluss zwischen dem Träger und dem elektrischen oder elektronischen Bauelement erstellt. Zweckmäßigerweise wird der Formschluss im Bereich der Öffnung erstellt, wenn diese plastisch verformt wird. Geeigneterweise erfolgt die Erstellung des Formschlusses mittels Aufschmelzen des Trägers im Bereich der Öffnung und mittels plastischer Verformung dieses Bereiches, sodass dieser Bereich formschlüssig an dem elektrischen oder elektronischen Bauelement anliegt. Alternativ oder in Kombination hierzu wird ein Formschluss zwischen dem elektrischen oder elektronischen Bauelement und dem Träger zumindest teilweise erstellt, wenn das elektrische oder elektronische Bauelement durch die Öffnung in die Aussparung des Trägers eingeführt wird. Hierfür ist die Aussparung zweckmäßigerweise geeignet ausgestaltet und insbesondere entsprechend der Form des elektrischen oder elektronischen Bauelements geformt. Vorzugsweise liegt nach plastischer Verformung der Öffnung der Träger kraftlos an dem elektrischen oder elektronischen Bauelement an, wodurch insbesondere das elektrische oder elektronische Bauelement gehalten wird. Auf diese Weise wirken im Betrieb der Elektronik vergleichsweise geringe mechanische Kräfte auf das elektrische oder elektronische Bauelement, was mechanische Spannungen reduziert. Auch kann ein druckempfindliches Bauelement verwendet werden. Zudem ist aufgrund der vergleichsweise geringen mechanischen Kräfte eine Betriebsdauer erhöht.
Die Elektronik ist Bestandteil eines Kraftfahrzeugs und zweckmäßigerweise eines Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs. Mit anderen Worten dient die Elektronik nicht dem Betrieb eines Aggregats, mittels dessen das Kraftfahrzeug bewegt wird. Beispielsweise ist das Nebenaggregat eine ABS-Einheit oder eine Lenkungseinheit, die einen Elektromotor aufweist. Alternativ hierzu ist das Nebenaggregat eine Pumpe, wie eine Öl- oder Kühlmittelpumpe. In einer weiteren Alternative hierzu ist das Nebenaggregat ein elektromotorischer Verstellantrieb. Bei Betrieb wird ein Verstellteil mittels des Elektromotors entlang eines Verstellwegs verbracht. Das Verstellteil ist beispielsweise eine Tür oder eine Klappe, wie eine Schiebetür oder eine Heckklappe. Eine Alternative hierzu ist das Verstellteil eine Schiebedach, ein Sitz oder ein Bestandteil eines Sitzes. In einer weiteren Alternative hierzu ist das Verstellteil eine Fensterscheibe und der Verstellantrieb somit ein elektromotorisch betriebener Fensterheber.
Die Elektronik dient insbesondere der Bestromung eines Elektromotors des Nebenaggregats, der zum Beispiel ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) ist. Die Elektronik weist beispielsweise eine Brückenschaltung auf, wie eine B4- oder eine B6-Schaltung. Die Elektronik umfasst einen Schaltungsträger, der beispielsweise innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist. Das Gehäuse ist zum Beispiel aus einem Kunststoff gefertigt, wie einem Polyamid (PA). Auf diese Weise ist der Schaltungsträger von mechanischen Einflüssen geschützt. An dem Schaltungsträger ist ein Träger befestigt, der geeigneterweise ebenfalls innerhalb des Gehäuses der Elektronik angeordnet ist, sofern dieses vorhanden ist. Der Träger weist eine Aussparung auf, innerhalb derer ein elektrisches oder elektronisches Bauelement zumindest teilweise angeordnet ist. Eine Öffnung der Aussparung ist derart plastisch verformt, dass das elektrische oder elektronische Bauelement innerhalb der Aussparung gehalten, insbesondere fixiert, ist. Somit wird das elektrische oder elektronische Bauelement mittels des Trägers stabilisiert. Die Öffnung ist vorzugsweise hierbei auf den Schaltungsträger zugerichtet.
Zur Montage der Elektronik wird zweckmäßigerweise das elektrische oder elektronische Bauelement durch die Öffnung in die Aussparung eingesetzt. Die Öffnung wird geeigneterweise im Anschluss hieran plastisch verformt. Vorzugsweise ist das elektrische oder elektronische Bauelement elektrisch mit dem Schaltungsträger kontaktiert, sodass mittels der Befestigung des Trägers an dem Schaltungsträger die elektrische Kontaktierung zwischen dem elektrischen oder elektronischem Bauelement und dem Schaltungsträger gesichert ist. Vorzugsweise ist der Schaltungsträger eine Leiterplatte, die insbesondere ein Glasfasergewerbe und ein Epoxidharz umfasst. Insbesondere weist die Leiterplatte eine Anzahl an Leiterbahnen und/oder Anschlusspads auf, die zweckmäßigerweise aus einem Kupfer erstellt sind.
Vorzugsweise ist zwischen dem Träger und dem elektrischen oder elektronischen Bauelement zumindest abschnittsweise ein Formschluss erstellt, wobei der Formschluss insbesondere im Bereich der Öffnung gebildet ist. Zweckmäßigerweise wird mittels der plastischen Verformung der Formschluss erstellt. Aufgrund des Formschlusses ist das elektrische oder elektronische Bauelement weiter stabilisiert. Alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination hierzu liegt der Träger kraftlos an dem elektrischen oder elektronischen Bauelement an. Mit anderen Worten ist zwischen dem Träger und dem elektrischen oder elektronischen Bauelement kein Kraftschluss erstellt, wobei jedoch ein direkter mechanischer Kontakt zwischen dem elektrischen oder elektronischen Bauelement vorliegt. Somit ist das elektrische oder elektronische Bauelement stabilisiert und eine Bewegung mittels des Trägers unterbunden, wobei im Normalbetrieb, also, sofern keine Kraft auf den Träger und/oder das elektronische Bauelement ausgeübt wird, das elektrische oder elektronische Bauelement nicht mittels einer Kraft beaufschlagt ist, was anderweitig eine Funktionsweise oder eine Betriebsdauer beeinflussen könnte.
Die Erfindung betrifft ferner ein Nebenaggregat mit einer derartigen Elektronik, wobei das Nebenaggregat beispielsweise einen Elektromotor aufweist, der insbesondere mittels der Elektronik gesteuert, geregelt und/oder bestromt wird. Das Nebenaggregat ist zweckmäßigerweise ein Verstellantrieb wie ein elektromotorischer Verstellantrieb.
Die im Hinblick auf das Verfahren genannten Ausgestaltungen und Vorteile sind sinngemäß auch auf die Elektronik zu übertragen und umgekehrt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 schematisch vereinfacht einen eine Elektronik aufweisenden elektromotorischen Fensterheber,
2 ein Verfahren zur Herstellung der Elektronik,
3 einen Träger der Elektronik in einer Seitenansicht, und
4 den an einem Schaltungsträger befestigten Träger gemäß 3.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch ein Nebenaggregat 2 eines Kraftfahrzeugs, nämlich ein Verstellantrieb in Form eines elektrischen Fensterhebers mit einer Fensterscheibe 4 dargestellt, der in einer Tür 6 des Kraftfahrzeugs integriert ist. Die Fensterscheibe 4 wird mittels eines Elektromotors 8 entlang eines Verstellweges 10 verbracht. Hierfür steht ein Schneckenrad eines nicht dargestellten Schneckengetriebes des elektrischen Fensterhebers 2 mit einer dem Elektromotor 8 wellenseitig zugeordneten Schnecke in Wirkverbindung, wobei mittels des Schneckenrads sowie mittels einer Seiltrommel oder einer Spindel die Rotationsbewegung des Elektromotors 8 in eine Translationsbewegung der Fensterscheibe 4 umwandelt wird. Der Elektromotor 8 wird mittels einer Elektronik 12 gesteuert, welche über einen Taster 14 von einem Benutzer des Kraftfahrzeugs aktiviert wird.
Mittels der Elektronik 12 ist eine Geschwindigkeits- und Kraftregelung bereitgestellt. Hierbei wird mittels Variation des Puls-/Pausenverhältnisses die dem Elektromotor 8 zugeführte elektrische Energie gesteuert. Die Elektronik 12 weist ferner einen Algorithmus zur Erkennung eines Einklemmfalls auf, wobei beispielsweise die von dem Elektromotor 8 aufgebrachte Kraft und/oder die Position der Fensterscheibe 4 entlang des Verstellwegs 10 als Eingangsgrößen herangezogen wird. Insbesondere wird bei Überschreiten eines bestimmten Schwellwerts durch die von dem Elektromotor 8 aufgebrachte Kraft ein Einklemmfall erkannt.
In 2 ist ein Verfahren 16 zur Erstellung der Elektronik 12 dargestellt. In einem ersten Arbeitsschritt 18 wird ein Träger 20 erstellt, der in 3 schematisch in einer seitlichen Schnittdarstellung gezeigt ist. Der Träger 20 ist aus einem thermoplastischen Kunststoff, nämlich Polyamid (PA) in einem Spritzgußverfahren gefertigt und weist eine sacklochartige Aussparung 22 auf, die folglich einen Boden 24 umfasst, der sich auf der gegenüberliegenden Seite einer Öffnung 26 der Aussparung 22 befindet. Die Öffnung 26 wird mittels zweier Dome 28 teilweise begrenzt, die an einem Körper 30 des Trägers 20 angeformt sind, und die sich von dem Boden 24 weg erstrecken. In diesem Zustand weist die Öffnung 26 den gleichen Querschnitt auf wie der Boden 24. Mit anderen Worten fluchten die Dome 28 mit den den Boden 24 umgebenden Außenwänden 32 der Aussparung 22, die mittels des Körpers 30 des Trägers 20 bereit gestellt sind. An dem Körper 30 des Trägers 20 sind ferner zwei Stifte 34 an der gleichen Oberfläche, an der sich auch die Dome 28 befinden, des im Wesentlichen quaderförmigen Körpers 30 des Trägers 20 angeformt. Die Stifte 34 verlaufen parallel zu den Domen 28, weisen jedoch eine geringere Länge auf.
In einem sich anschließenden zweiten Arbeitsschritt 36 wird ein elektrisches oder elektronisches Bauelement 38 durch die Öffnung 26 in die Aussparung 22 eingeführt. Das elektrische oder elektronische Bauelement 38 ist ein Elektrolytkondensator und ein bedrahtetes Bauelement, welches einen im Wesentlichen zylindrischen Körper 40 sowie zwei Anschlussterminals 42 („Pins“) in Form von Drähten aufweist. Der Körper 40 des elektrischen oder elektronischen Bauelements 38 wird hierbei auf den Boden 24 der Aussparung 22 aufgesetzt, wobei die Anschlussterminals 42 parallel zu den Domen 28 verlaufen und durch die Öffnung 26 auf dem Träger 20 herausragen.
In einem sich anschließenden dritten Arbeitsschritt 44 wird der Träger 20 im Bereich der Öffnung 26 aufgeschmolzen. Hierbei werden mittels zweier Heißstempel 46 die Dome 28 erwärmt, wofür die Heißstempel 46 in mechanisch direkten Kontakt mit den Domen 28 verbracht werden. Die Heißstempel 46 sind aus einem Metall gefertigt und werden erwärmt, beispielsweise mittels Zufuhr von elektrischer Energie. Die Heißstempel 46 weisen eine abgeschrägte Begrenzungskante 48 auf und werden im Wesentlichen senkrecht auf die Dome 28 aufgesetzt. Bei einer weiteren Kraftausübung werden die Dome 28 plastisch verformt und teilweise über die Aussparung 22 verbracht, wie in 4 dargestellt. Die Heißstempel 46 sind somit ein Verstemmwerkzeug, mittels dessen der Kunststoff des Trägers 20 im Bereich der Dome 28 aufgeschmolzen wird, sodass diese an dem elektrischen oder elektronischen Bauelement 38 anliegen. In dieser Position werden die Dome 28 mittels abkühlen verfestigt, weswegen das elektrische oder elektronische Bauteil 38 in der Aussparung 22 mittels des Formschlusses fixiert ist.
Folglich wird die Öffnung 26 plastisch verformt und verkleinert, sodass der Querschnitt der Öffnung 26 nunmehr kleiner als der des Bodens 24 ist. Die Außenwände 32 der Aussparung 22 hingegen werden nicht oder lediglich mit einem vergleichsweise Maße plastisch verformt und sind auch weiterhin von dem elektrischen oder elektronischen Bauelement 38 beabstandet. Auch ragen die Anschlussterminals 42 weiterhin durch die Öffnung 26. Zusammenfassend ist die Öffnung 26 der Aussparung 22 nunmehr derart plastisch verformt, dass das elektrische oder elektronische Bauelement 38 innerhalb der Aussparung 22 gehalten ist. In einer Alternative werden anstatt der Heißstempel 26 Ultraschallsonden verwendet, sodass die Dome 28 mittels Ultraschalls aufgeschmolzen werden. In einer weiteren Alternative hierzu wird Laserlicht oder Heißluft herangezogen, und die Heißstempel 46 sind entsprechend abgeändert.
Bei dem Verbiegen der Dome 28 wird abschnittsweise ein Formschluss zwischen dem Träger 20 und dem elektrischen oder elektronischen Bauelement 38 erstellt. Im Speziellen wird ein Formschluss zwischen den Domen 28 und dem Körper 40 des elektrischen oder elektronischen Bauelements 38 erstellt, wobei die Anschlussterminals 42 auch weiterhin von den Domen 28 beabstandet sind, die nunmehr jedoch nicht mehr parallel zu den Anschlussterminals 42 sind. Die Erstellung des Formschlusses erfolgt hierbei derart, dass nach erneutem Erkalten der Dome 28 diese kraftlos an dem elektrischen oder elektronischen Bauelement 38 anliegen. Mit anderen Worten ist zwischen den Domen 28, dem Körper 40 des elektrischen oder elektronischen Bauelements sowie dem Boden 24 kein Kraftschluss erstellt.
In einem sich anschließenden vierten Arbeitsschritt 50 wird der Träger 20 an einem Schaltungsträger 52 in Form einer Leiterplatte befestigt, die eine Platte aus einem mit Epoxidharz verstärkten Glasfasergewebe und daran angebrachte Leiterbahnen aus Kupfer umfasst. Hierbei werden die Stifte 34 auf die Leiterplatte 52 aufgesetzt und an diesen befestigt, beispielsweise (heiß-)verstemmt. Alternativ hierzu sind die Stifte 34 jeweils nach Art eines Klipses geformt und werden mit entsprechenden Aufnahmen des Schaltungsträgers 52 verclipst oder verrastet.
Die Dome 28 sind von dem Schaltungsträger 52 beabstandet. Die Anschlussterminals 42 des elektrischen oder elektronischen Bauelements 38 werden durch entsprechende Löcher 54 des Schaltungsträgers 52 geführt, sodass die Anschlussterminals 42 durch den Schaltungsträger 52 hindurchragen. Die Öffnung 26 befindet sich hierbei auf der dem Schaltungsträger 52 zugewandten Seite des Trägers 20.
In einem sich hieran anschließenden fünften Arbeitsschritt 56 wird das elektrische oder elektronische Bauelement 38 elektrisch mit dem Schaltungsträger 52 kontaktiert, wofür die durch den Schaltungsträger 42 hindurchragenden Freienden der Anschlussterminals 42 mittels Lots 58 überzogen werden, das im Anschluss hieran ausgehärtet wird. Das Lot 58 ist ferner an nicht näher dargestellten Leiterbahnen des Schaltungsträgers 52 angebunden und elektrisch mit diesem kontaktiert. Das Lot 58 befindet sich auf der dem Träger 20 gegenüberliegenden Seite des Schaltungsträgers 52. Das elektrische oder elektronische Bauelement 38 wird somit mittels einer „Through-hole-technology“ an dem Schaltungsträger 52 angebunden. Zusammenfassend wird das elektrische oder elektronische Bauelement 38 sowohl elektrisch mit dem Schaltungsträger 52 kontaktiert als auch an diesem mechanisch angebunden. An dem Schaltungsträger 52 sind ferner weitere nicht näher dargestellte elektrische oder elektronische Bauelemente angebunden und mit etwaigen Leiterbahnen elektrisch kontaktiert. Die Anbindung erfolgt beispielsweise mittels SMD-Technik.
Ferner wird der auf diese Weise erstellte Verbund aus Schaltungsträger 52 und Träger 20 innerhalb eines nicht näher dargestellten Gehäuses der Elektronik 12 positioniert, was eine Beschädigung des Trägers 20 sowie des Schaltungsträgers 52 und des elektrischen oder elektronischen Bauelements 38 verhindert.
Zusammenfassend wird der Träger 20 plastisch verformt und somit die zunächst bestehende Geometrie verändert, was der Fixierung des elektrischen oder elektronischen Bauelements 38 dient. Dies wird erreicht, indem nach der Montage des elektrischen oder elektronischen Bauelements 38 mittels thermoplastischen Aufschmelzens und Umformens des aus Kunststoff gefertigten Trägers 20 ein Formschluss zwischen dem elektrischen oder elektronischen Bauelement 38 und dem Träger 20 zumindest teilweise gebildet wird. Die umgeformten Abschnitte des Trägers 20, nämlich die Dome 28, dienen der Fixierung des elektrischen oder elektronischen Bauelements 38.
Aufgrund des Verfahrens 16 werden keine zusätzlichen Verbrauchsmaterialien, wie Klebstoffe oder Vergussmasse benötigt, die vergleichsweise exakt dosiert werden müssen, was zu erhöhtem Wartungsaufwand einer Fertigungsanlage führt. Auch ist aufgrund des Aufschmelzens und des plastischen Umformens der Dome 28 ein Brechen dieser im Wesentlichen verhindert, da keine mechanische Spannung erzeugt wird. Zudem wird auf das elektrische oder elektronische Bauelement 38 kein Druck ausgeübt, sodass dieses vergleichsweise druckempfindlich ausgestaltet werden kann. Zudem wird das elektrische oder elektronische Bauelement 38 aufgrund des Formschlusses und der vergleichsweise großen Ausdehnung der Dome 28 sicher fixiert. Mit anderen Worten ist ein vergleichsweise großer mechanischer Kontaktbereich zwischen dem Träger 20 und dem elektrischen oder elektronischen Bauelements 38 vorhanden.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Nebenaggregat
4: Fensterscheibe
6: Tür
8: Elektromotor
10: Verstellweg
12: Elektronik
14: Taster
16: Verfahren
18: erster Arbeitsschritt
20: Träger
22: Aussparung
24: Boden
26: Öffnung
28: Dom
30: Körper des Trägers
32: Außenwand
34: Stift
36: zweiter Arbeitsschritt
38: elektrisches oder elektronisches Bauelement
40: Körper des elektrischen oder elektronischen Bauelement
42: Anschlussterminal
44: dritter Arbeitsschritt
46: Heißstempel
48: Begrenzungskante
50: vierter Arbeitsschritt
52: Schaltungsträger
54: Loch
56: fünfter Arbeitsschritt
58: Lot

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19814156 C1 [0004]

Claims

Verfahren (16) zur Erstellung einer Elektronik (12) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nebenaggregats (2), bei dem – ein elektrisches oder elektronisches Bauelement (38) durch eine Öffnung (26) in eine Aussparung (22) eines Trägers (20) zumindest teilweise eingeführt wird, – die Öffnung (26) plastisch verformt wird, und – der Träger (20) an einem Schaltungsträger (52) befestigt wird.
Verfahren (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger (20) aus einem Kunststoff und/oder ein bedrahtetes elektrisches oder elektronisches Bauelement (38) und/oder eine Leiterplatte als Schaltungsträger (52) herangezogen wird.
Verfahren (16) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (26) verkleinert wird.
Verfahren (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger (20) mit einem die Öffnung (26) zumindest teilweise begrenzenden Dom (28) herangezogen wird, und dass der Dom (28) zumindest teilweise über die Aussparung (22) verbracht wird.
Verfahren (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische oder elektronische Bauelement (38) elektrisch mit dem Schaltungsträger (52) kontaktiert wird.
Verfahren (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (20) im Bereich der Öffnung (26) aufgeschmolzen wird.
Verfahren (16) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschmelzen mittels Ultraschalls, mittels Laserlichts, mittels Heißluft oder mittels eines Heißstempels erfolgt.
Verfahren (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest teilweise ein Formschluss zwischen dem Träger (20) und dem elektrischen oder elektronischen Bauelement (38) erstellt wird.
Elektronik (12) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nebenaggregats (2), mit einem Schaltungsträger (52), an der ein Träger (20) befestigt ist, der eine Aussparung (2) aufweist, innerhalb derer ein elektrisches oder elektronisches Bauelement (38) zumindest teilweise angeordnet ist, wobei eine Öffnung (26) der Aussparung (22) derart plastisch verformt ist, dass das elektrische oder elektronisches Bauelement (38) innerhalb der Aussparung (22) gehalten ist.
Elektronik (12) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Träger (20) und dem elektrischen oder elektronischen Bauelement (38) zumindest abschnittsweise ein Formschluss erstellt ist, und/oder dass der Träger (20) kraftlos an dem elektrischen oder elektronischen Bauelement (38) anliegt.