DE102017202303B3

DE102017202303B3 - Elektronikmodul für die industrielle Automatisierung und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102017202303B3
Application number: DE102017202303.1A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Braun; Eduard Betz; Thomas Lederer
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2017-02-14
Filing date: 2017-02-14
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2037-02-15
Also published as: CN108430180B; CN108430180A

Abstract

Es wird ein Elektronikmodul (1) für die industrielle Automatisierung vorgeschlagen, das ein Modulgehäuse (4) aufweist, das aus zwei zusammengefügten, gemeinsam einen Gehäuseinnenraum (5) begrenzenden Gehäuseteilen (7, 8) besteht. In dem Gehäuseinnenraum (5) befindet sich ein Schaltungsträger (24), der von einem einstückigen Dichtungs- und Wärmekopplungselement (23) umrahmt ist, durch das er wärmeleitend an das Modulgehäuse (4) angekoppelt ist und das gleichzeitig eine Abdichtung zwischen den beiden Gehäuseteilen (7, 8) bewirkt. Das Dichtungs- und Wärmekopplungselement (23) ist zweckmäßigerweise aus einem im fließfähigen Zustand applizierten und anschließend ausgehärteten Material erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektronikmodul für die industrielle Automatisierung, mit einem Modulgehäuse, das zwei in einem ringförmig in sich geschlossenen Fügebereich aneinander angesetzte Gehäuseteile aufweist, die gemeinsam einen Gehäuseinnenraum umschließen, in dem ein mit einer elektronischen Bauteilanordnung bestückter plattenförmiger Schaltungsträger aufgenommen ist, wobei die beiden Gehäuseteile in ihrem Fügebereich gegeneinander abgedichtet sind und der Schaltungsträger wärmeleitend mit dem Modulgehäuse verbunden ist.
Ein aus der DE 10 2008 058 287 B4 bekanntes Elektronikmodul enthält ein Modulgehäuse, das aus zwei in einem Fügebereich aneinander angesetzten Gehäuseteilen besteht, wobei die Gehäuseteile einen Gehäuseinnenraum begrenzen, in dem ein plattenförmiger Schaltungsträger untergebracht ist. Der Schaltungsträger ist an mindestens einer seiner beiden Plattenflächen durch eine Folie bedeckt, die über den Randbereich des Schaltungsträgers hinausragt und zwischen den beiden Gehäuseteilen eingespannt ist. Die Folie besteht aus einem gut wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Material, sodass eine Wärmeabfuhr von auf dem Schaltungsträger sitzenden Bauelementen über den Schaltungsträger an das Gehäusebauteil möglich ist. Durch die beiden Gehäusebauteile kann ein Druck auf die Ränder der Folie erzeugt werden, wodurch eine plastische Verformung der Folie im Bereich ihres Randes erfolgt, um den Gehäuseinnenraum hermetisch abzudichten. Die Folie bewirkt eine Unterteilung des Gehäuseinnenraumes in zwei Teilräume, in deren einem sich der Schaltungsträger befindet. Alternativ kann der Schaltungsträger vollständig von zwei Folien umschlossen sein, die dann gemeinsam die Unterteilung des Gehäuseinnenraumes in zwei Teilräume bewirken.
Aus der WO 2015/185307 A1 sind Maßnahmen bekannt, um eine Leiterplatte einfach und möglichst ohne zusätzliche Hilfsmittel an einer beliebigen Gehäuseinnenwand eines Verteilerkastens oder einer Trägerplatte zu fixieren. Die Maßnahmen umfassen ein Verkleben der Leiterplatte mittels eines Klebstoffs, der gleichzeitig genutzt werden kann, um die Leiterplatte in einem gewissen Abstand zur Innenwand des Verteilerkastens zu halten.
Grundsätzlich besteht bei Elektronikmodulen die Problematik, dass einerseits eine gute Wärmeabfuhr der von den enthaltenen Elektronikkomponenten erzeugten Verlustwärme gewährleistet werden sollte und andererseits die Elektronikkomponenten vor Umgebungseinflüssen geschützt sein sollten. Diese Anforderungen erfüllt beispielsweise eine Ausgestaltung, bei der der Innenraum des Modulgehäuses vollständig mit einer Vergussmasse ausgegossen ist, die gleichzeitig als Verschlussmittel für das Modulgehäuse fungiert, sodass das Modulgehäuse einteilig ausgebildet werden kann. Ein solcher Aufbau erfordert allerdings einen relativ großen Materialeinsatz in Bezug auf die verwendete Vergussmasse, hat ein hohes Gewicht des Elektronikmoduls zur Folge und schließt nachträgliche Modifikationen aus, beispielsweise Reparaturen an dem im Modulgehäuse aufgenommenen Schaltungsträger und den daran fixierten Komponenten.
Aus der DE 10 2009 054 758 A1 ist ein elektrisches Gerät bekannt, dessen Gehäuse zwei Gehäuseteile aufweist, zwischen denen sich ein den Innenraum des Gehäuses unterteilender Schaltungsträger erstreckt. Der Schaltungsträger ist durch Anlage an beiden Gehäuseteilen mit dem Gehäuse wärmegekoppelt. Der Fügebereich zwischen den beiden Gehäuseteilen ist durch eine zwischengefügte Dichtung abgedichtet. Ein zusätzliches, aus dem gleichen Material wie die Dichtung bestehendes Element erstreckt sich zwischen dem Schaltungsträger und einem der beiden Gehäuseteile.
Die DE 196 00 619 A1 beschreibt ein als Steuergerät ausgebildetes Elektronikmodul, dessen Gehäuse aus einem Gehäuseboden und einem daran angesetzten Gehäusedeckel besteht, wobei im Fügebereich ein Dichtring eingesetzt ist. Eine in dem Gehäuse aufgenommene Leiterplatte liegt innerhalb des von dem Dichtring umrahmten Bereiches an dem Gehäuseboden und an dem Gehäusedeckel an.
Aus der DE 101 61 104 C1 ist ein elektrisches Steuergerät bekannt, dessen Gehäuse aus zwei miteinander verrasteten Gehäuseteilen besteht, zwischen denen eine elastische Dichtung angeordnet ist. Ein weiteres elastisches Element mit Dichtwirkung stützt sich einerseits an einem der Gehäuseteile ab und drückt andererseits gegen die Leiterplatte.
Die DE 196 04 124 A1 beschreibt ein elektrisches Gerät, dessen Gehäuse aus zwei ineinander eingesetzten Gehäuseteilen besteht, die durch eine Dichtung gegeneinander abgedichtet sind, an der auch eine im Gehäuse angeordnete Grundplatte einer elektronischen Schaltanordnung anliegt.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, Maßnahmen zu treffen, die eine einfache und kostengünstige Realisierung eines für die industrielle Automatisierung verwendeten Elektronikmoduls gewährleisten, dessen interne Komponenten vor Überhitzung und Umgebungseinflüssen gut geschützt sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Elektronikmodul der eingangs genannten Art vorgesehen, dass der Schaltungsträger eine den Gehäuseinnenraum in zwei Teilräume unterteilende Trennwand bildet und lediglich randseitig von einem rahmenförmig gestalteten einstückigen kombinierten Dichtungs- und Wärmekopplungselement umschlossen ist, das zum einen abdichtend und wärmekoppelnd einen zwischen dem Randbereich des Schaltungsträgers und dem Modulgehäuse ausgebildeten Ringspalt überbrückt und sich zum anderen in dem Fügebereich abdichtend zwischen den beiden Gehäuseteilen erstreckt.
Das erfindungsgemäße Elektronikmodul ist für die industrielle Automatisierung vorgesehen, insbesondere in den Bereichen der Fabrikautomation und/oder der Prozessautomation. Es ist mit einem einstückigen Dichtungs- und Wärmekopplungselement ausgestattet, das in sich eine Dichtungsfunktion und eine für eine gute Wärmeableitung sorgende Wärmekopplungsfunktion vereinigt. Gleichzeitig ist dieses Dichtungs- und Wärmekopplungselement aufgrund seiner rahmenförmigen Gestaltung mit einem sehr geringen Materialaufwand realisierbar. Das rahmenförmig gestaltete Dichtungs- und Wärmekopplungselement hat - für sich allein betrachtet - eine von ihm umrahmte zentrale Durchbrechung, die bei zusammengebautem Elektronikmodul durch den plattenförmigen Schaltungsträger verschlossen ist. Das Dichtungs- und Wärmekopplungselement erstreckt sich randseitig rings um den Schaltungsträger herum, wobei es einen zwischen dem Schaltungsträger und dem Modulgehäuse vorhandenen Ringspalt überbrückt und dadurch in der Lage ist, von auf dem Schaltungsträger sitzenden Komponenten der elektronischen Bauteilanordnung erzeugte Verlustwärme in das Modulgehäuse abzuleiten, das eine große Wärmeabgabefläche definiert. Gleichzeitig erfüllt das Dichtungs- und Wärmekopplungselement eine Abdichtfunktion, indem es dazu beiträgt, die beiden durch die Trennwand voneinander abgeteilten Teilräume des Gehäuseinnenraumes gegeneinander abzudichten. Dies bietet die Möglichkeit, die beiden Teilräume für Schutzklassen unterschiedlicher Kategorien zu nutzen, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Hinzu kommt eine weitere Abdichtfunktion des Dichtungs- und Kopplungselementes, indem es in dem Fügebereich die beiden Gehäuseteile gegeneinander abdichtet und auf diese Weise ein Eindringen von Verunreinigungen in den Gehäuseinnenraum verhindert. Die Umrahmung des Schaltungsträgers durch das Dichtungs- und Wärmekopplungselement kann unabhängig von anderweitig bezüglich des Schaltungsträgers eventuell noch vorhandenen Befestigungsmitteln auch vorteilhaft dazu beitragen, den Schaltungsträger mechanisch abzustützen, um beispielsweise Steckkräfte aufzunehmen, wenn der Schaltungsträger mit Komponenten bestückt ist, die im Rahmen einer Steckverbindung kontaktiert werden. Hinzu kommt eine Stabilisierungsfunktion des Schaltungsträgers bezüglich des Modulgehäuses, da sich die Wandung des Modulgehäuses über das den Ringspalt überbrückende Dichtungs- und Wärmekopplungselement am Randbereich des Schaltungsträgers abstützen kann und dadurch von innen her eine Versteifung erfährt. Auch ohne internes Ausgießen des Gehäuseinnenraumes mit einer Vergussmasse liefert das Elektronikmodul somit eine sehr gute Wärmeabfuhr und kann äußerst gewichtsparend ausgebildet werden. Zudem liefert der Verzicht auf eine Vergussmasse oder auf eine komplette Bedeckung des Schaltungsträgers mit einer Folie den Vorteil, dass auf dem Schaltungsträger sitzende Komponenten für etwaige Manipulationen, beispielsweise Einstellmaßnahmen oder Reparaturmaßnahmen, zugänglich bleiben, sofern das Modulgehäuse entsprechende Zugriffsmöglichkeiten bietet.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
In besonders vorteilhafter Weise ist das Elektronikmodul als ein E/A-Modul realisiert, also ein mit elektrischen Ein- und/oder Ausgängen versehenes Elektronikmodul, das für Anwendungen auf dem Gebiet der Automatisierungstechnik einsetzbar ist, um Signale und/oder Daten und/oder elektrische Leistung zu übertragen, beispielsweise Rückmeldesignale von Sensormitteln oder Steuersignale für elektrisch betätigbare Komponenten. Ein solches E/A-Modul kann als Remote-E/A-Modul im Feld platziert werden, wobei das integrierte Dichtungs- und Wärmekopplungselement die Realisierung eines hohen Schutzgrades von beispielsweise IP 65 oder IP 67 problemlos ermöglicht.
Das E/A-Modul enthält zweckmäßigerweise sowohl mindestens einen elektrischen Eingang als auch mindestens einen elektrischen Ausgang. Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll unter einem „E/A-Modul“ auch ein Elektronikmodul zu verstehen sein, das entweder nur einen oder mehrere elektrische Eingänge oder nur einen oder mehrere elektrische Ausgänge aufweist. Solche E/A-Module repräsentieren in der Praxis entweder ein Eingangsmodul oder ein Ausgangsmodul.
Sämtliche elektrischen Anschlusselemente des E/A-Moduls sind zweckmäßigerweise an ein und derselben Plattenfläche des internen Schaltungsträgers angebracht und befinden sich ausschließlich in einem der beiden Teilräume des Gehäuseinnenraumes. Durch die gemeinsame gegenseitige hermetische Abdichtung der beiden Gehäuseinnenräume mittels des Schaltungsträgers und des sich randseitig um den Schaltungsträger herum erstreckenden Dichtungs- und Wärmekopplungselementes können die beiden Teilräume problemlos zur Realisierung unterschiedlicher Schutzklassen, beispielsweise sogenannter UL-Schutzklassen ausgelegt werden, wobei das Kürzel „UL“ für „Underwriters Laboratories“ steht. Beispielsweise lassen sich im einen der beiden Teilräume, insbesondere in dem auch mit elektrischen Anschlusselementen bestückten Teilraum, Lichtleiter installieren, die eine zu Anzeigezwecken dienende Lichtübertragung von auf dem Schaltungsträger sitzenden Leuchtdioden zur Außenseite des Modulgehäuses bewirken, wobei der zugeordnete Teilraum mit einer niedrigeren UL-Schutzklasse klassifiziert ist als der auf der entgegengesetzten Seite des Schaltungsträgers liegende Teilraum.
Anstelle als E/A-Modul kann das Elektronikmodul insbesondere auch als Buskoppler, Steuerung, Motorcontroller, Kommunikationsinterface, Funkmodul und/oder Service-Tool ausgebildet sein.
Der plattenförmige Schaltungsträger hat eine seitliche Randfläche, durch die sein Umriss definiert ist. Diese seitliche Randfläche begrenzt zwei einander entgegengesetzt orientierte großflächige Plattenflächen des Schaltungsträgers, von denen zweckmäßigerweise mindestens eine mit einer elektrischen Schaltung bestückt ist, die über Leiterbahnen sowie elektrische und/oder elektronische Komponenten einer elektronischen Bauteilanordnung verfügt. Elektrische Komponenten sind beispielsweise als Anschlusselemente ausgebildet, die eine Steckverbindung mit elektrischen Leitungen ermöglichen, die von externen Komponenten an das Elektronikmodul herangeführt sind.
Bevorzugt ist das Dichtungs- und Wärmekopplungselement so gestaltet, dass es sich entlang des gesamten Umrisses des Schaltungsträgers erstreckt und dabei zumindest einen Teil der Randflächenhöhe bedeckt. Die Randflächenhöhe ist das an der seitlichen Randfläche gemessene Abstandsmaß zwischen den beiden einander entgegengesetzten Plattenflächen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Dichtungs- und Wärmekopplungselement die gesamte seitliche Randfläche des Schaltungsträgers bedeckt, sich also an jeder Stelle des Umrisses des Schaltungsträgers über die gesamte Randflächenhöhe erstreckt.
Durch die rahmenförmige Struktur lässt sich das Dichtungs- und Wärmekopplungselement mit äußerst geringem Materialaufwand verwirklichen. Dennoch bietet es aufgrund seines innigen Kontaktes mit einerseits dem Schaltungsträger und andererseits dem Modulgehäuse eine ideale Wärmeableitung. Dieser Effekt kann dadurch noch verbessert werden, dass das Dichtungs- und Wärmekopplungselement so ausgebildet und angeordnet wird, dass es nicht nur die seitliche Randfläche des Schaltungsträgers bedeckt, sondern auch noch einen - bevorzugt sehr schmalen - streifenförmigen Randbereich mindestens einer der beiden Plattenflächen des Schaltungsträgers.
Vorzugsweise ist der zwischen dem Randbereich des Schaltungsträgers und dem Modulgehäuse vorhandene Ringspalt durch das Dichtungs- und Wärmekopplungselement vollständig ausgefüllt. Dadurch ergibt sich eine verhältnismäßig große Querschnittsfläche für die Wärmeabfuhr vom Schaltungsträger zum Modulgehäuse.
Das kombinierte Dichtungs- und Wärmekopplungselement ist zweckmäßigerweise von einer derartigen Konsistenz, dass es sowohl am Schaltungsträger als auch am Modulgehäuse haftet. Durch diese Haftverbindung ergibt sich ein besonders effektiver Wärmeübergang. Außerdem resultiert daraus auch eine gegenseitige Befestigung zwischen dem Modulgehäuse und dem Schaltungsträger. Wenn das Elektronikmodul keinen besonders schwerwiegenden äußeren Beanspruchungen ausgesetzt ist, kann bereits das Dichtungs- und Wärmekopplungselement allein genügen, um den Schaltungsträger am Modulgehäuse festzuhalten. Bestehen höhere Anforderungen an die Widerstandsfähigkeit, ist es allerdings vorteilhaft, wenn der Schaltungsträger bezüglich des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes mittels diesbezüglich gesonderter Befestigungsmittel an einem der beiden Gehäuseteile des Modulgehäuses fixiert ist, und zwar unabhängig vom anderen Gehäuseteil. Dies bietet die vorteilhafte Möglichkeit, beim Zusammenbau des Elektronikmoduls nur zwei Komponenten handhaben zu müssen, zum einen das mit dem Schaltungsträger bestückte Gehäuseteil und zum anderen das andere Gehäuseteil. Auf diese Weise wird eine automatisierte Fertigung des Elektronikmoduls begünstigt.
Besonders vorteilhaft ist eine dahingehende Platzierung des Schaltungsträgers im Gehäuseinnenraum, dass er sich in einer den Fügebereich der beiden Gehäuseteile enthaltenden Fügeebene erstreckt. Auf diese Weise ist der Randbereich des Schaltungsträgers unmittelbar benachbart zu dem ringförmig in sich geschlossenen Fügebereich zwischen den beiden Gehäuseteilen angeordnet.
Bei entsprechenden Hafteigenschaften des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes kann prinzipiell auf zusätzliche Mittel zur gegenseitigen Fixierung der zusammengefügten Gehäuseteile verzichtet werden. Ist bei der Nutzung jedoch mit intensiveren Beanspruchungen zu rechnen, ist es vorteilhaft, wenn zusätzlich zu dem Dichtungs- und Wärmekopplungselement geeignete Haltemittel vorhanden sind, die die beiden Gehäuseteile im zusammengefügten Zustand zusammenhalten. Diese Haltemittel können lösbar und/oder beispielsweise als Rastverbindungsmittel ausgeführt sein.
Bei einer bevorzugten Realisierungsform des Elektronikmoduls sind die beiden Gehäuseteile des Modulgehäuses so ausgebildet, dass sie im Fügebereich in einer Höhenrichtung des Modulgehäuses ineinander eingreifen. Diese Höhenrichtung ist zweckmäßigerweise zugleich auch die Höhenrichtung des integrierten plattenförmigen Schaltungsträgers. Beispielsweise kann der im Fügebereich angeordnete Endabschnitt des einen Gehäuseteils eine umlaufende Nut aufweisen, in die ein Endabschnitt des anderen Gehäuseteils eingreift. Bevorzugt hat eines der Gehäuseteile einen rahmenförmig konturierten Endabschnitt, der in das andere Gehäuseteil eingreift, wobei er von dem sich dazwischen erstreckenden Dichtungs- und Wärmekopplungselement ringsum umschlossen ist. Der Endabschnitt ist somit an der dem anderen Gehäuseteil zugewandten Stirnseite und ferner sowohl an der dem Gehäuseinnenraum zugewandten Innenseite als auch an der vom Gehäuseinnenraum abgewandten Außenseite durch das Dichtungs- und Wärmekopplungselement bedeckt.
Auf diese Weise ergibt sich im Querschnitt betrachtet eine U-förmige Konturierung des sich um den Schaltungsträger herum erstreckenden Strangkörpers des rahmenförmigen Dichtungs- und Wärmekopplungselementes.
Bevorzugt ist der von dem Dichtungs- und Wärmekopplungselement umschlossene Endabschnitt des einen Gehäuseteils an seiner dem Gehäuseinnenraum zugewandten Innenseite von einem Innenabschnitt und an der entgegengesetzten Außenseite von einem Außenabschnitt des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes flankiert. Sowohl der Innenabschnitt als auch der Außenabschnitt des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes liegt direkt an dem Endabschnitt des Gehäuseteils an, insbesondere im Rahmen einer Haftverbindung. Darüber hinaus steht der Innenabschnitt in direktem Kontakt mit dem Randbereich des Schaltungsträgers, während gleichzeitig der Außenabschnitt des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes mit dem Endabschnitt des anderen Gehäuseteils in Kontakt steht. Auch diese Kontakte sind vorzugsweise als Haftverbindungen ausgeführt.
Die Haftverbindung lässt sich unmittelbar durch eine entsprechende Materialwahl des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes verwirklichen. Man erreicht sie insbesondere dadurch, dass das Dichtungs- und Wärmekopplungselement aus einem in fließfähigem Zustand in den Fügebereich applizierten und erst nach dem Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile ausgehärteten Ausgangsmaterial besteht, das Klebeeigenschaften hat. Als Ausgangsmaterial für das Dichtungs- und Wärmekopplungselement kommt beispielsweise ein Schaummaterial oder, vorzugsweise, ein pastöses Material in Frage. Klebeeigenschaften lassen sich vorteilhaft mit einem Material auf Epoxidharzbasis oder auf der Basis eines Zwei-Komponenten-Klebers erzielen. Vorteilhafterweise besitzt das Material eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aufgrund des Hinzufügens von geeigneten Füllstoffen.
Die Urformung des Dichtungs- und Wärmekopplungselement aus einem in fließfähigem Zustand in den Fügebereich applizierten und erst nach dem Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile ausgehärteten Material ist auch dann vorteilhaft, wenn keine Haftverbindung angestrebt ist.
Eine Realisierung des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes nicht als vorgefertigte Formdichtung, sondern als eine unmittelbar vor Ort bei der Applikation am Modulgehäuse und Schaltungsträger ausgebildete Dichtungs- und Wärmeleitkomponente bietet den großen Vorteil eines Toleranzausgleiches mit sicherem Verschließen jeglicher Zwischenräume und dadurch optimaler Dichtwirkung und Wärmeleitung. Ferner entfällt eine aufwändige Lagerhaltung unterschiedlicher Baugrößen, da das Dichtungs- und Wärmekopplungselement äußerst variabel und flexibel individuell applizierbar ist.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines solchen Elektronikmoduls zeichnet sich durch die folgenden Verfahrensschritte aus:

- Applizieren eines zumindest nach seiner Aushärtung abdichtende und wärmeleitende Eigenschaften aufweisenden Ausgangsmaterials in nicht ausgehärtetem, fließfähigem Zustand an dem einen Gehäuseteil unter Ausbildung einer rahmenförmigen Ausgangsstruktur in dem Fügebereich,
- Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile unter Verpressen der noch fließfähigen Ausgangsstruktur in dem Fügebereich zwischen den beiden Gehäuseteilen unter gleichzeitigem Verdrängen und Andrücken des Ausgangsmaterials der Ausgangsstruktur an den Randbereich des zuvor im Gehäuseinnenraum platzierten Schaltungsträgers,
- Aushärten des Ausgangsmaterials der fließfähigen Ausgangsstruktur unter Ausbildung des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes.

Das Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile wird zweckmäßigerweise vorgenommen, nachdem zuvor der Schaltungsträger an einem der beiden Gehäuseteile befestigt worden ist. Der Schaltungsträger wird dabei insbesondere so positioniert, dass er in einer gemeinsamen Ebene mit dem Fügebereich liegt. Beispielsweise kann der Schaltungsträger mit einem der beiden Gehäuseteile verschraubt werden oder verrastet werden. Alternativ kann aber auch unmittelbar die fließfähige Ausgangsstruktur als einziges Befestigungsmittel genutzt werden, durch das nach Ausbildung des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes der Schaltungsträger bezüglich des Modulgehäuses ortsfest fixiert ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls in einer perspektivischen Darstellung, wobei zur Herstellung bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wurde,
2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Elektronikmoduls der 1,
3 einen Querschnitt des Elektronikmoduls der 1 gemäß Schnittlinie III-III, wobei der Fügebereich zwischen den beiden Gehäuseteilen nochmals separat in einem vergrößerten Ausschnitt abgebildet ist,
4 das Elektronikmodul in einer Schnittdarstellung analog Figur 3 während der Ausführung eines bevorzugten Herstellungsverfahrens, bei dem eine das Dichtungs- und Wärmekopplungselement bildende fließfähige Ausgangsstruktur bereits appliziert ist und die beiden Gehäuseteile gerade zusammengefügt werden, und
5 einen Längsschnitt des Elektronikmoduls in der Fügeebene gemäß Schnittlinie V-V aus 3.

In der Zeichnung ist ein insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnetes Elektronikmodul für Anwendungen in der industriellen Automatisierungtechnik illustriert, bei dem die Erfindung und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung umgesetzt sind. Das hauptsächliche Einsatzgebiet des Elektronikmoduls 1 ist die Fabrik- und/oder Prozessautomation.
Bei dem illustrierten Elektronikmodul 1 handelt es sich insbesondere um ein sogenanntes E/A-Modul 1a, das über mehrere von außen her zugängliche elektrische Kommunikationsanschlüsse 2 verfügt, von denen einer oder mehrere als elektrischer Eingang und außerdem einer oder mehrere als elektrischer Ausgang konzipiert sind. Hiervon abweichend kann das E/A-Modul 1a auch als ein reines Eingangsmodul mit ausschließlich als elektrische Eingänge konzipierten Kommunikationsanschlüssen 2 oder als reines Ausgangsmodul mit ausschließlich als elektrische Ausgänge konzipierten Kommunikationsanschlüssen 2 ausgebildet sein. Vorzugsweise enthält das E/A-Modul 1a auch noch mindestens einen zur Vernetzung mit anderen Modulen und beispielsweise auch mit einer elektronischen Steuereinrichtung nutzbaren Busanschluss 3.
Die vorhandenen Anschlüsse 2, 3 sind vorzugsweise als Steckanschlüsse ausgeführt und erlauben durch eine geeignete Steckverbindung das lösbare Anschließen von mit anderen Komponenten verbundenen elektrischen Leitern, die insbesondere mittels flexibler Kabel realisiert sind. Die elektrischen Eingänge sind insbesondere ausgebildet, um elektrische Rückmeldesignale von Sensoren oder Auswerte- und/oder Diagnoseeinrichtungen zu empfangen, während die elektrischen Ausgänge insbesondere zur Ausgabe von Steuersignalen ausgebildet sind, mit denen Aktoren beliebiger Art, beispielsweise elektrisch betätigbare Ventile und/oder Antriebe, versorgt werden können. Das E/A-Modul 1a ist für den Einsatz im Bereich der industriellen Automatisierungstechnik konzipiert, vorzugsweise für die Fabrikautomation oder die Prozessautomation.
Das Elektronikmodul 1 hat ein Modulgehäuse 4, das einen zur Umgebung hin abgeschlossenen Gehäuseinnenraum 5 umschließt.
Das Modulgehäuse 4 enthält zwei in der Achsrichtung einer Hochachse 6 aneinandergesetzte Gehäuseteile 7, 8, die im Folgenden zur besseren Unterscheidung auch als erstes Gehäuseteil 7 und zweites Gehäuseteil 8 bezeichnet werden. Die Achsrichtung der Hochachse 6 wird im Folgenden auch als Höhenrichtung 6 bezeichnet.
Das Modulgehäuse 4 hat zwei den Gehäuseinnenraum 5 an den beiden in der Höhenrichtung 6 orientierten Seiten abschließende Abschlusswände 12, 13, von denen eine erste Abschlusswand 12 ein Bestandteil des ersten Gehäuseteils 7 und eine zweite Abschlusswand 13 ein Bestandteil des zweiten Gehäuseteils 8 ist. Die beiden Abschlusswände 12, 13 erstrecken sich jeweils quer zu der Hochachse 6.
Seitlich ist der Gehäuseinnenraum 5 ringsum von einer seitlichen Außenwand 14 des Modulgehäuses 4 begrenzt, die sich in der Höhenrichtung 6 zwischen den beiden Abschlusswänden 12, 13 erstreckt. Die seitliche Außenwand 14 setzt sich aus einer zum ersten Gehäuseteil 7 gehörenden ersten Seitenwand 15 und einer zum zweiten Gehäuseteil 8 gehörenden zweiten Seitenwand 16 zusammen. Jede dieser beiden Seitenwände 15, 16 ist einstückig mit der zum gleichen Gehäuseteil 7, 8 gehörenden ersten oder zweiten Abschlusswand 12, 13 verbunden, von der sie jeweils in der Höhenrichtung 6 in Richtung zum anderen Gehäuseteil 8, 7 wegragt.
Die erste Seitenwand 15 hat einen von der ersten Abschlusswand 12 abgewandten und zum zweiten Gehäuseteil 8 weisenden Endabschnitt, der als erster Endabschnitt 17 bezeichnet sei. In vergleichbarer Weise hat die zweiten Seitenwand 16 einen in der Höhenrichtung 6 von der zweiten Abschlusswand 13 wegweisenden Endabschnitt, der als zweiter Endabschnitt 18 bezeichnet sei. Beide Endabschnitte 17, 18 haben eine rahmenförmig in sich geschlossene Kontur und liegen sich in einem sich um die Hochachse 6 herum erstreckenden ringförmigen Fügebereich 19 in der Höhenrichtung 6 gegenüber, in dem sie unter Zwischenschaltung eines noch näher zu beschreibenden einstückigen Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23 unter Abdichtung miteinander verbunden sind.
Bevorzugt hat jedes Gehäuseteil 7, 8 eine wannenförmige Struktur, deren Öffnung dem jeweils anderen Gehäuseteil 8, 7 zugewandt ist.
In dem Gehäuseinnenraum 5 befindet sich ein plattenförmiger Schaltungsträger 24. Dieser Schaltungsträger 24 hat eine Hauptausdehnungsebene 25 und zwei einander entgegengesetzte, zu der Hauptausdehnungsebene 25 insbesondere parallele erste und zweite Plattenflächen 26, 27. Der Schaltungsträger 24 ist insbesondere so ausgerichtet, dass seine Hauptausdehnungsebene 25 rechtwinkelig zu der Hochachse 6 verläuft.
Der Umriss des Schaltungsträgers 24 ist durch eine peripher umlaufende seitliche Randfläche 28 definiert, die von der Hochachse 6 wegweist und der seitlichen Außenwand 14 zugewandt ist.
Bevorzugt hat der plattenförmige Schaltungsträger 24 eine längliche Gestalt mit einem rechteckigen Umriss. Entsprechendes gilt für den Querschnitt des Gehäuseinnenraumes 5 in einer zu der Hochachse 6 rechtwinkeligen Ebene.
Die äußere Formgebung des Elektronikmoduls 1 ist prinzipiell beliebig. Bevorzugt hat es in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel eine Längserstreckung mit einer zu der Hochachse 6 rechtwinkeligen Längsachse 32 und einer zu der Hochachse 6 und der Längsachse 32 rechtwinkeligen Querachse 33. Die Abmessungen in der Achsrichtung der Querachse 33 bestimmen eine Breite des Elektronikmoduls 1.
Der Schaltungsträger 24 ist bezüglich der Höhenrichtung 6 insbesondere so positioniert, dass er sich in einer den Fügebereich 19 enthaltenden Fügeebene 34 der beiden Gehäuseteile 7, 8 erstreckt. Die Hauptausdehnungsebene 25 verläuft parallel zu der Fügeebene 34 oder fällt vorzugsweise mit der Fügeebene 34 zusammen.
Der Schaltungsträger 24 erstreckt sich bevorzugt bis in die unmittelbare Nähe der seitlichen Außenwand 14. Sein Umriss ist derart auf die Innenkontur des Gehäuseinnenraumes 5 abgestimmt, dass zwischen dem die seitliche Randfläche 28 aufweisenden Randbereich 35 des Schaltungsträgers 24 und der seitlichen Außenwand 14 des Modulgehäuses 4 ein Ringspalt 36 ausgebildet ist, der in einer Umfangsrichtung 40 entlang des gesamten Umrisses des Schaltungsträgers 24 verläuft.
Das schon angesprochene Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 erstreckt sich nicht nur in dem Fügebereich 19 zwischen den beiden Endabschnitten 17, 18 der Seitenwände 15, 16, sondern auch in dem Ringspalt 36. Es füllt den Ringspalt 36 zumindest teilweise derart aus, dass es in der Umfangsrichtung 40 rings um den Schaltungsträger 24 herum eine Verbindungsbrücke zwischen dem Randbereich 35 des Schaltungsträgers 24 und der seitlichen Außenwand 14 bildet. Aufgrund der gut wärmeleitenden Eigenschaften des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23 resultiert daraus eine Wärmekopplung zwischen dem Schaltungsträger 24 und dem Modulgehäuse 4, durch die in den Schaltungsträger 24 eingeleitete Wärme an das Modulgehäuse 4 abgegeben wird, das seinerseits in der Lage ist, die empfangene Wärme zur Umgebung abzustrahlen und/oder durch Konvektion abzugeben.
Das Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 hat somit nicht nur eine die beiden Gehäuseteile 7, 8 fluiddicht miteinander verbindende Abdichtfunktion, sondern in Kombination damit auch noch eine Wärmeleitfunktion zwischen dem Schaltungsträger 24 und dem Modulgehäuse 4.
Dies alles wird mit einem sehr beschränkten Materialaufwand erreicht, da das einstückig ausgebildete Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 eine aus 2 gut ersichtliche rahmenförmige Struktur hat. Die Umfangskontur des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23 entspricht zumindest im Wesentlichen dem Umriss des Schaltungsträgers 24, sodass es beim Ausführungsbeispiel die Form eines Rechteckrahmens hat. Es umschließt den Schaltungsträger 24 lediglich an dessen Randbereich 35, sodass zumindest der größte Teil der beiden Plattenflächen 26, 27 von dem Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 nicht bedeckt bzw. überdeckt ist.
Das Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 umrahmt eine in der Höhenrichtung 6 durchgehende Öffnung, die im Folgenden als Rahmenöffnung 37 bezeichnet sei und in der der Schaltungsträger 24 sitzt, der die Rahmenöffnung 37 vollständig verschließt.
Somit bildet der Schaltungsträger 24 eine den Gehäuseinnenraum 5 durchquerende Trennwand, durch die der Gehäuseinnenraum 5 in einen auf der Seite des ersten Gehäuseteils 7 liegenden ersten Teilraum 38 und in einen auf der Seite des zweiten Gehäuseteils 8 liegenden zweiten Teilraum 39 unterteilt ist. Aufgrund der abdichtenden Eigenschaften des den Ringspalt 36 überbrückenden Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23 sind die beiden Teilräume 38, 39 hermetisch dicht voneinander abgetrennt.
Die unmittelbare Trennwandfunktion des Schaltungsträgers 24 resultiert daraus, dass das Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 an keiner der beiden Plattenflächen 26, 27 von dem Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 vollständig überdeckt ist.
Bevorzugt ist der erste Teilraum 38 von der ersten Abschlusswand 12, der ersten Seitenwand 15 und dem Schaltungsträger 24 begrenzt, während der zweite Teilraum 39 von der zweiten Abschlusswand 13, der zweiten Seitenwand 16 und wiederum dem Schaltungsträger 24 begrenzt ist.
Der Schaltungsträger 24 ist mit einer nur in 2 schematisch angedeuteten elektrischen Schaltung 42 bestückt. Die elektrische Schaltung 42 befindet sich an mindestens einer der beiden Plattenflächen 26, 27, kann sich aber ohne weiteres aus an beiden Plattenflächen 26, 27 befindlichen Schaltungskomponenten zusammensetzen.
Zu der elektrischen Schaltung 42 gehört eine schematisch angedeutete elektronische Bauteilanordnung 44, die eine dem Anwendungszweck des Elektronikmoduls 1 entsprechende Anzahl und Typenauswahl an elektronischen Bauteilen 44a umfasst. In der bevorzugten Ausgestaltung als E/A-Modul 1a ist zweckmäßigerweise mindestens ein elektronisches Bauteil 44a der elektronischen Bauteilanordnung 44 von einem Mikroprozessor und/oder von einem Mikrocontroller und/oder von einem ASIC gebildet. Bevorzugt enthält die elektrische Schaltung 42 auch eine wiederum nur schematisch angedeutete Leiterbahnanordnung 43, die mit der elektronischen Bauteilanordnung 44 kontaktiert ist.
Im Betrieb des Elektronikmoduls 1 tritt regelmäßig eine nicht unerhebliche Wärmeentwicklung seitens der elektrischen Schaltung 42 und dabei insbesondere seitens der elektronischen Bauteilanordnung 44 auf. Diese Wärme gelangt in den Schaltungsträger 24 und ausgehend von diesem aufgrund der wärmeleitenden Eigenschaften des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23 in das unmittelbar in Temperaturaustausch mit der Atmosphäre stehende Modulgehäuse 4.
Eines Vergießens des Gehäuseinnenraumes 5 mittels einer Vergussmasse bedarf es somit nicht. Dementsprechend enthalten die beiden Teilräume 38, 39 keine Vergussmasse und sind, soweit keine funktionellen Komponenten darin angeordnet sind, bevorzugt ausschließlich luftgefüllt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des Ausführungsbeispiels ist der Schaltungsträger 24 mit einer Mehrzahl von elektrischen Anschlusselementen 45 bestückt, die mit der Leiterbahnanordnung 43 elektrisch kontaktiert sind. Diese elektrischen Anschlusselemente 45 bilden die weiter oben angesprochenen Kommunikationsanschlüsse 2 und vorzugsweise auch den optional vorhandenen Busanschluss 3.
Sämtliche elektrischen Anschlusselemente 45 sind bevorzugt an ein und derselben der beiden Plattenflächen 26, 27 angeordnet. Exemplarisch sitzen Sie an der zweiten Plattenfläche 27 und befinden sich ausschließlich in dem dieser zweiten Plattenfläche 27 zugeordneten zweiten Teilraum 39. Die zweite Abschlusswand 13 hat eine Mehrzahl von Wanddurchbrechungen 46, deren Verteilungsmuster demjenigen der elektrischen Anschlusselemente 45 entspricht und in die jeweils eines der elektrischen Anschlusselemente 45 hineinragt. Die elektrischen Anschlusselemente 45 können zumindest teilweise auch durch die Wanddurchbrechungen 46 nach außen hindurchragen.
Die den Wanddurchbrechungen 46 zugeordneten Endabschnitte der elektrischen Anschlusselemente 45 sind mit Anschlusskontakten 47 beliebiger Art ausgestattet, die die weiter oben schon angesprochene elektrische Kontaktierung durch wegführende elektrische Leiter ermöglichen.
Bevorzugt sind die elektrischen Anschlusselemente 45 als Steckanschlusselemente ausgebildet, entweder als Steckdosen oder als Stecker, mit denen komplementäre Steckverbindungseinrichtungen in einem raschen Steckvorgang kontaktiert werden können.
Zweckmäßigerweise ist das Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 derart konzipiert, dass es auf den Schaltungsträger 24 einen Festhalteeffekt ausübt, insbesondere durch Ausbildung eines Haftverbundes. Bevorzugt ist das Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 sowohl mit dem Schaltungsträger 24 als auch mit dem Modulgehäuse 4 verklebt, und zwar ausschließlich aufgrund inhärenter Klebeeigenschaften des Materials des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23 selbst und ohne Applikation eines zusätzlichen Klebstoffes.
Insbesondere auch in diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft und beim Ausführungsbeispiel umgesetzt, wenn das Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 kein originärer Festkörper ist, sondern aus einem in fließfähigem Zustand in den Fügebereich 19 applizierten und erst nach dem Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile 7, 8 ausgehärteten Material besteht. Dabei wird bevorzugt ein pastöses Material verwendet, beispielsweise auf einer Epoxidharzbasis. Als besonders vorteilhaft wird die Verwendung einer Zwei-Komponenten-Masse angesehen, die nach dem Applizieren zeitabhängig aushärtet, sodass keine spezielle Nachbehandlung wie beispielsweise eine Wärmebehandlung erforderlich ist.
Als Ausgangsmaterial 66 für das Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 kommt prinzipiell auch ein Schaummaterial in Frage.
Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Schaltungsträger 24 vor dem Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile 7, 8 in eines dieser Gehäuseteile 7, 8 eingelegt und bei zusammengebautem Modulgehäuse 4 nur durch das Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 festgehalten. Bevorzugt wird allerdings eine auch beim Ausführungsbeispiel realisierte Maßnahme, bei der bezüglich des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23 gesonderte Befestigungsmittel 48 zur gehäuseseitigen Fixierung des Schaltungsträgers 24 vorhanden sind, die exemplarisch als Schraubbefestigungsmittel ausgeführt sind. Der Schaltungsträger 24 ist an einem der beiden Gehäuseteile 7, 8, bevorzugt an dem den elektrischen Anschlusselementen 45 zugeordneten zweiten Gehäuseteil 8 fixiert, und zwar unabhängig vom ersten Gehäuseteil 7. Somit kann bequem das zweite Gehäuseteil 8 mit dem Schaltungsträger 24 und den daran fixierten Komponenten vorbestückt werden, bevor die beiden Gehäuseteile 7, 8 zusammengefügt werden.
Exemplarisch enthalten die Befestigungsmittel 48 einstückig mit der zweiten Abschlusswand 13 ausgebildete säulenförmige Vorsprünge 51, die in der Höhenrichtung 6 in den zweiten Teilraum 39 hineinragen und etwa auf Höhe der Fügeebene 34 mit einer Stützfläche 52 enden, an der der Schaltungsträger 24 mit seiner zweiten Plattenfläche 27 anliegt. Ein beispielsweise als Befestigungsschraube ausgebildetes Befestigungselement 53 durchgreift den Schaltungsträger 24 und verspannt selbigen mit der Stützfläche 52.
Der weiter oben erwähnte Ringspalt 36 ist von dem Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 bevorzugt vollständig ausgefüllt, was eine optimale Wärmeübertragung gewährleistet.
Vorteilhaft ist es, wenn das Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 die seitliche Randfläche 28 des Schaltungsträgers 24 vollständig bedeckt. Dies trifft auf das Ausführungsbeispiel zu. Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel liegt das Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 zwar auch In der Umfangsrichtung 40 um den gesamten Umriss des Schaltungsträgers 24 herum an der seitlichen Randfläche 28 an, bedeckt selbige allerdings nur über einen Teil ihrer Höhe, die als Randflächenhöhe bezeichnet werden kann.
Das Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 kann so ausgebildet und angeordnet sein, dass es den Schaltungsträger 24 ausschließlich an dessen seitlicher Randfläche 28 bedeckt. Hiervon abweichend ist der Schaltungsträger 24 beim Ausführungsbeispiel an seinem Randbereich 35 an zumindest einer der beiden Plattenflächen 26, 27 zusätzlich ein Stück weit von dem Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 umgriffen. Exemplarisch gilt dies für die erste Plattenfläche 26, die einen sich an die seitliche Randfläche 28 anschließenden streifenförmigen Randbereich 54 hat, der dem Umriss des Schaltungsträgers 24 folgt und ebenfalls von dem Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 bedeckt ist.
Eine entsprechende streifenförmige Überdeckung kann alternativ oder zusätzlich auch an der entgegengesetzten zweiten Plattenfläche 27 vorgesehen sein.
Eine gemäß dem illustriertem Ausführungsbeispiel umgesetzte Gestaltung der kombinierten Wärmeleit- und Abdichtungsmaßnahmen sieht vor, dass die beiden Gehäuseteile 7, 8 im Fügebereich 19 unter in der Höhenrichtung 6 erfolgender Überlappung ineinander eingreifen. Dieser Eingriff liegt in der in 5 durch einen Pfeil markierten Umfangsrichtung 55 des Fügebereiches 19 an jeder Stelle des Fügebereiches 19 vor.
Diese Eingriffsmaßnahme ist insbesondere so gestaltet, dass die ineinander eingreifenden Bestandteile der beiden Gehäuseteile 7, 8 nicht in Kontakt miteinander stehen. Dies führt dazu, dass in dem Fügebereich 19 ein sich in der Umfangsrichtung 55 entlang des gesamten Fügebereiches 19 erstreckender U-förmiger Zwischenraum 57 ausgebildet ist, in dem sich das Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 befindet. Somit hat auch der Strangkörper des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23 entlang seines gesamten, durch den Pfeil 40 definierten Umfanges einen U-förmigen Querschnitt.
Der erste Endabschnitt 17 des ersten Gehäuseteils 7 taucht in den zweiten Endabschnitt 18 des zweiten Gehäuseteils 8 ein, wobei er unter Freilassung des Ringspaltes 36 den Schaltungsträger 24 umschließt. Somit ist der U-förmige Zwischenraum 57 einerseits von dem ersten Endabschnitt und andererseits von dem zweiten Endabschnitt 18 und dem Schaltungsträger 24 begrenzt.
Das Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 hat einen Innenabschnitt 23a, der an der dem Gehäuseinnenraum 5 zugewandten Innenseite des ersten Endabschnittes 17 angeordnet ist und den Ringspalt 36 ausfüllt.
Ferner hat das Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 einen Außenabschnitt 23b, der die dem Gehäuseinnenraum 5 abgewandte Außenseite des ersten Endabschnittes 17 belegt und gleichzeitig an einer dem Gehäuseinnenraum 5 zugewandten Innenfläche 58 eines Bestandteils des zweiten Endabschnittes 18 anliegt, der den ersten Endabschnitt 17 mit Abstand umrahmt. Der Innenabschnitt 23a und der Außenabschnitt 23b sind durch einen Verbindungsabschnitt 23c des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23 einstückig miteinander verbunden, der dem ersten Endabschnitt 17 stirnseitig vorgelagert ist.
Der Innenabschnitt 23a, der Außenabschnitt 23b und der Verbindungsabschnitt 23c sind U-förmig profiliert und sind für die entsprechende Querschnittskontur des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23 verantwortlich.
Diese geschilderte Formgebung des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23 kann prinzipiell im Rahmen einer Vorfertigung des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23 als Formdichtung verwirklicht werden. Das Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 wird dann als fertiggestelltes Element beim Zusammenbau des Modulgehäuses 4 in den Fügebereich 19 eingesetzt.
Wesentlich vorteilhafter ist es jedoch, wenn die geschilderte Formgebung des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23 durch die weiter oben schon angesprochene Urformung unmittelbar beim Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile 7, 8 stattfindet. Ein entsprechender Verfahrensablauf ist in 4 skizziert. Ausgangspunkt für die Herstellung des Elektronikmoduls 1 sind dabei zwei Fügekomponenten 59, 60, wobei die erste Fügekomponente 59 das erste Gehäuseteil 7 umfasst und die zweite Fügekomponente 60 das zweite Gehäuseteil 8 sowie den daran durch die Befestigungsmittel 48 fixierten Schaltungsträger 24 umfasst.
Der zweite Endabschnitt 18 des zweiten Gehäuseteils 8 definiert gemeinsam mit dem Randbereich 35 des Schaltungsträgers 24 eine dem Umfangsverlauf des Fügebereiches 19 folgende, sich in der Umfangsrichtung 55 rings um die Hochachse 6 herum erstreckende Ringnut 64, die zu der der Abschlusswand 13 abgewandten Seite hin offen ist.
Das zweite Gehäuseteil 8 umgrenzt mit seinem zweiten Endabschnitt 18 eine Fügeöffnung 65, in die beim anschließenden Fügevorgang das erste Gehäuseteil 7 mit dem ersten Endabschnitt 17 voraus in das zweite Gehäuseteil 8 eingesteckt wird. Der Schaltungsträger 24 ist in der Höhenrichtung 6 zu der Fügeöffnung 65 beabstandet, was dementsprechend auch für die zu der Fügeöffnung 65 hin offene Ringnut 64 gilt.
Bevor nun die erste Fügekomponente 59 eingesteckt wird, wird das das Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 bildende, noch nicht ausgehärtete Ausgangsmaterial 66 in fließfähigem Zustand im Bereich der Ringnut 64 appliziert. Das Ausgangsmaterial 66 wird dabei insbesondere nach Art einer Raupe in der Forme eines Strangkörpers entlang des Fügebereiches 19 aufgebracht, sodass das Ausgangsmaterial 66 im Bereich der Ringnut 64 eine noch nicht verfestigte rahmenförmige Ausgangsstruktur 67 bildet, die dem Umfangsverlauf 55 des Fügebereiches 19 folgt. Die Ausgangsstruktur 67 haftet dabei zweckmäßigerweise an der zweiten Fügekomponente 60 an.
Hieran anschließend werden die beiden Fügekomponenten 59, 60 einschließlich ihrer beiden Gehäuseteile 7, 8 gemäß Pfeil 68 mit einander zugewandten Endabschnitten 17, 18 ineinander eingesteckt und unter Aufbringung einer gewissen Presskraft in der Höhenrichtung 6 zusammengefügt. Dabei trifft der erste Endabschnitt 17 mit seinem der ersten Abschlusswand 12 abgewandten Randbereich 69, der sich zum freien Ende hin zweckmä-ßigerweise verjüngt, gemäß den Pfeilen 70 auf die Ausgangsstruktur 67 und drückt selbige gemäß Pfeilen 71 in den Ringspalt 64 hinein, wobei er selbst in das Ausgangsmaterial 66 eindringt, sodass selbiges sich innen und außen um den ersten Endabschnitt 17 herum verteilt und außerdem an den den Ringspalt 64 begrenzenden Flächen der zweiten Fügekomponente 60 zur Anlage gelangt. Somit füllt das Ausgangsmaterial 66 den zwischen den beiden Fügekomponenten 59, 60 ausgebildeten U-förmigen Zwischenraum 57 aus.
Anschließend erfolgt ein Aushärten des Ausgangsmaterials 66 unter Ausbildung des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23. Die Art und die Initiierung des Aushärtevorganges hängt von der Beschaffenheit des Ausgangsmaterials 66 ab und läuft beispielsweise bei einem Zwei-Komponenten-Ausgangsmaterial 66 ohne spezifischen Initiierungsprozess rein zeitabhängig ab.
Nach Abschluss des Aushärtevorganges ist das Elektronikmodul 1 zumindest im Wesentlichen fertiggestellt.
In nicht näher dargestellter Weise können die beiden Fügekomponenten 59, 60 so ausgebildet sein, dass die gegenseitige Einstecktiefe begrenzt ist und sich ein definiertes Spaltmaß für den U-förmigen Zwischenraum 57 einstellt, dem eine vorbestimmte Materialdicke des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23 entspricht.
Zweckmäßigerweise sind die beiden Gehäuseteile 7, 8 mit aufeinander abgestimmten Haltemitteln 72 ausgestattet, durch die sie im zusammengefügten Zustand mechanisch zusammengehalten werden. Solche beim illustrierten Ausführungsbeispiel vorhandenen Haltemittel 72 sind zweckmäßigerweise als Rastverbindungsmittel ausgeführt, die unmittelbar bei dem gemäß Pfeil 68 erfolgenden Zusammenfügen der beiden Fügekomponenten 59, 60 miteinander in formschlüssigen Eingriff gelangen.
Die Haltemittel 72 sind zweckmäßigerweise von lösbarer Art.
Wenn das Ausgangsmaterial 66 des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23 Klebeeigenschaften hat, aus denen eine ausreichend starke Haftverbindung resultiert, kann auf zusätzliche Haltemittel 72 auch verzichtet werden.
Der plattenförmige Schaltungsträger 24 ist vorzugsweise von einer Leiterplatte gebildet, kann aber beispielsweise auch in MID-Technologie (MID = Moulded Interconnect Device) ausgeführt sein.
Die oben beschriebene Trennwandfunktion des Schaltungsträgers 24 ermöglicht es in Verbindung mit der Abdichtfunktion des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23, die beiden Teilräume 38, 39 für unterschiedliche UL-Schutzklassen auszulegen. So kann beispielsweise der den Kommunikationsanschlüssen 2 und dem eventuellen Busanschluss 3 zugeordnete zweite Teilraum 39 für eine niedrigere Brandklasse und geringere Energiebeaufschlagung ausgelegt sein als der andere, erste Teilraum 38. Dies erleichtert beispielsweise auch den Erhalt von Zulassungen für die Nutzung in explosionsgeschützten Bereichen.
Da sich die Präsenz des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23 auf den Randbereich 35 des Schaltungsträgers 24 begrenzt, kommt es nicht mit der elektronischen Bauteilanordnung 44 in Berührung, was den Vorteil hat, dass Wärmedehnungen keine mechanischen Einwirkungen auf die elektronische Bauteilanordnung 44 zur Folge haben.
Für das Dichtungs- und Wärmekopplungselement 23 wird vorzugsweise ein Ausgangsmaterial 66 verwendet, das nach dem Aushärten relativ starr ist, sodass es eine Abstützfunktion zwischen dem Modulgehäuse 4 und dem Schaltungsträger 24 übernehmen kann. Auf diese Weise wird beispielsweise der Schaltungsträger 24 durch das Modulgehäuse 4 abgestützt, wenn bei Anschließen elektrischer Leitungen Steckkräfte auf die Kommunikationsanschlüsse 2 ausgeübt werden.
Da die beiden Teilräume 38, 39 in Ermangelung eines Ausgießens als Hohlräume verbleiben, bieten sie die Möglichkeit eines Zugriffes von außerhalb des Modulgehäuses 4 her, wenn dessen Wandung eine dafür geeignete Manipulationsöffnung 73 aufweist, was in 3 als optionales Ausstattungsmerkmal strichpunktiert angedeutet ist. Eine solche Manipulationsöffnung 73 ist zweckmäßigerweise durch ein Verschlusselement 74 verschlossen, das zeitweilig entfernt werden kann, um einen Durchgriff zu ermöglichen, der eine Manipulation an einer von dem Schaltungsträger 24 getragenen Komponente 75 zum Ziel hat, beispielsweise eines Schalters.
In einem Querschnitt betrachtet, dessen Schnittebene rechtwinkelig zur Hauptausdehnungsebene 25 des Schaltungsträgers 24 verläuft - dies entspricht den Schnittdarstellungen der 3 und 4 -, wird in dem Fügebereich 19 durch die Verwendung des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23 zweckmäßigerweise ein dahingehender Schichtaufbau generiert, dass sich von innen nach außen eine Anordnungsreihenfolge einstellt, die mit dem Schaltungsträger 24 beginnt, worauf der Innenabschnitt 23a des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23, anschließend der erste Endabschnitt 17 des ersten Gehäuseteils 7, anschließend der Außenabschnitt 23b des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes 23 und schließlich der zweite Endabschnitt 18 des zweiten Gehäuseteils 8 folgen. Dies bietet eine optimale Ausprägung der angestrebten kombinierten Dichtungs- und Wärmekopplungsfunktion.

Claims

Elektronikmodul für die industrielle Automatisierung, mit einem Modulgehäuse (4), das zwei in einem ringförmig in sich geschlossenen Fügebereich (19) aneinander angesetzte Gehäuseteile (7, 8) aufweist, die gemeinsam einen Gehäuseinnenraum (5) umschließen, in dem ein mit einer elektronischen Bauteilanordnung (44) bestückter plattenförmiger Schaltungsträger (24) aufgenommen ist, wobei die beiden Gehäuseteile (7, 8) in ihrem Fügebereich (19) gegeneinander abgedichtet sind und der Schaltungsträger (24) wärmeleitend mit dem Modulgehäuse (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (24) eine den Gehäuseinnenraum (5) in zwei Teilräume (38, 39) unterteilende Trennwand bildet und lediglich randseitig von einem rahmenförmig gestalteten einstückigen kombinierten Dichtungs- und Wärmekopplungselement (23) umschlossen ist, das zum einen abdichtend und wärmekoppelnd einen zwischen dem Randbereich (35) des Schaltungsträgers (24) und dem Modulgehäuse (4) ausgebildeten Ringspalt (36) überbrückt und sich zum anderen in dem Fügebereich (19) abdichtend zwischen den beiden Gehäuseteilen (7, 8) erstreckt.
Elektronikmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als ein E/A-Modul (1a) mit mindestens einem elektrischen Eingang und/oder mindestens einem elektrischen Ausgang ausgebildet ist, wobei in der Gehäusewand des Modulgehäuses (4) mehrere Wanddurchbrechungen (46) ausgebildet sind, in die in von außen her zugänglicher Weise jeweils ein den betreffenden Eingang oder Ausgang definierendes elektrisches Anschlusselement (45) hineinragt, das an dem Schaltungsträger (24) befestigt und insbesondere als Steckanschlusselement ausgebildet ist.
Elektronikmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche elektrischen Anschlusselemente (45) an ein und derselben Plattenfläche (27) des Schaltungsträgers (24) angeordnet sind und sich ausschließlich in einem der beiden Teilräume (39) des Gehäuseinnenraumes (5) befinden.
Elektronikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden Teilräumen (38, 39) unterschiedliche Schutzklassen, beispielsweise unterschiedliche UL-Schutzklassen (UL = Underwriters Laboratories) zugeordnet sind.
Elektronikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungs- und Wärmekopplungselement (23) die den Umriss des Schaltungsträgers (24) definierende seitliche Randfläche (28) des Schaltungsträgers (24) ringsum über zumindest einen Teil der Randflächenhöhe bedeckt.
Elektronikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungs- und Wärmekopplungselement (23) die gesamte den Umriss des Schaltungsträgers (24) definierende seitliche Randfläche (28) des Schaltungsträgers (24) bedeckt.
Elektronikmodul nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungs- und Wärmekopplungselement (23) rings um den Umriss des Schaltungsträgers (24) herum auch einen sich an die seitliche Randfläche (28) des Schaltungsträgers (24) anschließenden streifenförmigen Randbereich (54) einer oder beider der einander entgegengesetzten Plattenflächen (26, 27) des Schaltungsträgers (24) bedeckt.
Elektronikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungs- und Wärmekopplungselement (23) den zwischen dem Randbereich (35) des Schaltungsträgers (24) und dem Modulgehäuse (4) gebildeten Ringspalt (36) vollständig ausfüllt.
Elektronikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (24) mittels bezüglich des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes (23) gesonderter Befestigungsmittel (48) an einem der beiden Gehäuseteile (8) des Modulgehäuses (4) unabhängig vom anderen Gehäuseteil (7) befestigt ist.
Elektronikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenförmige Schaltungsträger (24) so im Gehäuseinnenraum (5) des Modulgehäuses (4) angeordnet ist, dass er sich in einer den Fügebereich (19) der beiden Gehäuseteile (7, 8) enthaltenden Fügeebene (34) erstreckt.
Elektronikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäuseteile (7, 8) im zusammengefügten Zustand durch zusätzlich zu dem Dichtungs- und Wärmekopplungselement (23) vorhandene Haltemittel (72) zusammengehalten sind.
Elektronikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäuseteile (7, 8) im Fügebereich (19) des Modulgehäuses (4) in einer Höhenrichtung (6) des Modulgehäuses (4) ineinander eingreifen, wobei ein rahmenförmig konturierter Endabschnitt (17) des einen Gehäuseteils (7) ringsum von dem Dichtungs- und Wärmekopplungselement (23) umschlossen ist, indem er sowohl an der dem anderen Gehäuseteil (8) zugewandten Stirnseite als auch an der dem Gehäuseinnenraum (5) zugewandten Innenseite und an der diesbezüglich abgewandten Außenseite von dem Dichtungs- und Wärmekopplungselement (23) bedeckt ist.
Elektronikmodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein an der Innenseite des von dem Dichtungs- und Wärmekopplungselement (23) umschlossenen Endabschnittes (17) des einen Gehäuseteils (7) angeordneter Innenabschnitt (23a) des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes (23) an seiner dem Gehäuseinnenraum (5) zugewandten Innenseite von einer mit ihm in Kontakt stehenden seitlichen Randfläche (28) des Schaltungsträgers (24) flankiert ist und dass ein an der Außenseite dieses Endabschnittes (17) des einen Gehäuseteils (7) angeordneter Außenabschnitt (23b) des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes (23) an seiner von dem Gehäuseinnenraum (5) abgewandten Außenseite von einem mit ihm in Kontakt stehenden Endabschnitt (18) des anderen Gehäuseteils (8) flankiert ist.
Elektronikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungs- und Wärmekopplungselement (23) aus einem in fließfähigem Zustand in den Fügebereich (19) applizierten und nach dem Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile (7, 8) ausgehärteten Material besteht, insbesondere aus einem pastösen Material oder aus einem Schaummaterial.
Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls für die industrielle Automatisierung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: - Applizieren eines zumindest nach seiner Aushärtung abdichtende und wärmeleitende Eigenschaften aufweisenden Ausgangsmaterials (66) in nicht ausgehärtetem, fließfähigem Zustand an dem einen Gehäuseteil (8) unter Ausbildung einer rahmenförmigen Ausgangsstruktur (67) in dem Fügebereich (19), - Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile (7, 8) unter Verpressen der noch fließfähigen Ausgangsstruktur (67) in dem Fügebereich (19) zwischen den beiden Gehäuseteilen (7, 8) unter gleichzeitigem Verdrängen und Andrücken des Ausgangsmaterials (66) der Ausgangsstruktur (67) an den Randbereich (35) des zuvor im Gehäuseinnenraum (5) platzierten Schaltungsträgers (24), - Aushärten des Ausgangsmaterials (66) der fließfähigen Ausgangsstruktur (67) unter Ausbildung des Dichtungs- und Wärmekopplungselementes (23).
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (24) vor dem Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile (7, 8) und dem Applizieren des das Dichtungs- und Wärmekopplungselement (23) bildenden fließfähigen Materials an einem der beiden Gehäuseteile (7, 8) befestigt wird, zweckmäßigerweise derart, dass er sich in einer gemeinsamen Ebene mit dem Fügebereich (19) erstreckt.