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Die Erfindung betrifft eine elektrische Komponente, bei der ein elektrisches Bauteil in einer Vergussmasse in einem Gehäuse eingebettet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der elektrischen Komponente.
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Bei manchen elektrischen Komponenten besteht das Erfordernis, dass die in einem Gehäuse der elektrischen Komponente angeordnete Anzahl an elektrischen Bauteilen hoher Leistung, wie z.B. Transformatoren, Kondensatoren und dergleichen, aus mechanischen Gründen und Gründen der Wärmeabfuhr in einer Vergussmasse eingebettet sind. Typischerweise werden hierzu die elektrischen Bauteile in einem wannenförmigen Gehäusebauteil angeordnet. Nach deren elektrischer Kontaktierung sowie einer Funktionsprüfung wird die Wanne mit den darin angeordneten elektrischen Bauteilen vollständig mit Vergussmasse gefüllt. Die Vergussmasse wird anschließend ausgehärtet, so dass die in der Wanne angeordneten elektrischen Bauteile mechanisch, z.B. vor Vibrationen, geschützt sind und Wärme über die Vergussmasse an das Gehäusebauteil abgeführt werden kann.
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Ein Problem besteht darin, dass ein nach dem Vergießen auftretender Defekt an einem der elektrischen Bauteile nicht mehr behebbar ist, da das elektrische Bauteil nicht mehr zugänglich ist, so dass die elektrische Komponente als Ganzes verworfen werden muss. Dies ist insbesondere im Umfeld von Fahrzeugen, bei denen eine solche elektrische Komponente mit hohen Kosten verbunden ist, wirtschaftlich nicht akzeptabel. Ein weiterer Nachteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass die Position der elektrischen Bauteile in dem wannenförmigen Gehäuse, z.B. aufgrund konstruktiver Erfordernisse, nicht ohne weiteres geändert werden kann. Die Herstellung einer elektrischen Komponenten in der beschriebenen Weise ist daher unflexibel in Bezug auf Abwandlungen oder Derivate-Bildung. Ferner ist eine derartige elektrische Komponente aufgrund der Kombination aus wannenförmigen Gehäuse und Vergussmasse schwer und teuer.
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Die
DE 10 2009 016 762 B4 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe mit den folgenden Verfahrensschritten in der angegebenen Reihenfolge: Fixieren eines elektrischen Bauelements auf einer Grundplatte eines Baugruppenträgers, wobei das Fixieren ein Kontaktieren von Anschlüssen des elektrischen Bauelements mit in der Grundplatte vorgesehenen Leiterbahnen umfasst, Aufstecken eines mit einer Einfüllöffnung versehenen Vergusshülse auf die Grundplatte, die das elektrische Bauelement seitlich umschließt, Abdichten der Vergusshülse zu der Grundplatte durch Zuführen einer ersten Vergussmasse und Ausführen einer Wärmebehandlung, um eine das elektrische Bauelement enthaltende Vergusskammer zu bilden sowie Vergießen des elektrischen Bauelements durch Füllen der Vergusskammer durch die Einfüllöffnung mit einer zweiten Vergussmasse.
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Es besteht das Bedürfnis, eine elektrische Komponente im Hinblick auf ihre Fertigbarkeit zu vereinfachen. Insbesondere soll dabei sichergestellt sein, dass beim Auftreten von Defekten nach der Fertigung der elektrischen Komponente auch ein Teilaustausch der defekten Bauteile ermöglicht wird.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Komponente anzugeben, die die oben genannten Erfordernisse erfüllt. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen der elektrischen Komponente anzugeben.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch eine elektrische Komponente gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Die Erfindung schlägt eine elektrische Komponente vor, die ein elektrisches Bauteil umfasst. Das elektrische Bauteil ist auf einem flächigen Träger angeordnet. Ein Gehäuse nimmt den Träger mit dem elektrischen Bauteil auf, so dass das Bauteil auf dem Träger einem Gehäuseabschnitt des Gehäuses gegenüberliegt, mit dem der Träger verbunden ist. Es ist zudem ein ringförmiger Mantel aus einem flexiblen Material vorgesehen, der das elektrische Bauteil vollständig umgibt und mit seinem ersten Ende an dem Träger und mit seinem zweiten Ende an dem Gehäuseabschnitt anliegt. Eine Vergussmasse umgibt innerhalb des Mantels das elektrische Bauteil und füllt das freie Volumen zumindest teilweise auf.
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Bei der vorliegenden elektrischen Komponente können durch das Vorsehen eines ringförmigen Mantels einzelne oder mehrere elektrische Bauteile gezielt mit einer Vergussmasse umgeben werden. Das oder die innerhalb des Mantels angeordneten elektrischen Bauteile sind dadurch vor mechanischen Einflüssen (z.B. Vibrationen) und Umgebungseinflüssen (z.B. Feuchtigkeit) geschützt. Weiterhin kann über die Vergussmasse eine Entwärmung des oder der elektrischen Bauteile erfolgen, da weiterhin eine Anbindung an das Gehäuse gegeben ist. Der Begriff „ringförmig“ ist dabei weit zu verstehen. Unter diesen fallen kreisrunde Mantelformen, ebenso wie von der Kreisform abweichende, z.B. elliptische oder polygone, Mantelformen. Wichtig ist, dass der Mantel in seinem Querschnitt geschlossen ist, so dass keine Vergussmasse über die Mantelfläche austreten kann.
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Die elektrische Komponente kann ein oder mehrere Baueinheiten mit individuell mit Vergussmasse umgebenem elektrischen Bauteil oder umgebenen elektrischen Bauteilen aufweisen. Ebenso können bei einer derartigen elektrischen Komponente andere elektrische Bauteile oder Baueinheiten auch nicht von Vergussmasse umgeben sein. Dadurch ist es möglich, einzelne elektrische Bauteile bzw. Baueinheiten aus dem Gehäuse zu entfernen, wenn beispielsweise aufgrund eines Defekts ein Austausch erforderlich ist. Die weiteren in dem Gehäuse angeordneten Bauteile oder Baueinheiten können dadurch nach dem Austausch weiter verwendet werden.
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Eine derartige elektrische Komponente ermöglicht einerseits die geforderte zuverlässige Wärmeabfuhr von solchen elektrischen Bauteilen, welche sich im Betrieb stark erwärmen. Hierzu wird in bekannter Weise die mit wärmeleitenden Eigenschaften versehene Vergussmasse genutzt. Die Entwärmung erfolgt durch den thermischen Kontakt der Vergussmasse mit dem Gehäuse.
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Weiterhin ergibt sich eine verbesserte Herstellbarkeit. Insbesondere ist eine größere Flexibilität bei einem späteren Austausch von einzelnen Komponenten, seien diese von einer Vergussmasse umgeben oder nicht, gegeben.
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Dadurch, dass nicht mehr das gesamte Gehäuse der elektrischen Komponente mit einer Vergussmasse ausgefüllt werden braucht, kann das Gewicht der elektronischen Komponente beträchtlich verringert werden.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Flexibilität bei der Anordnung unterschiedlicher elektrischer Bauteile oder anderer Komponenten der elektrischen Komponente verbessert ist.
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Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass der flächige Träger eine Leiterplatte ist, an die das elektrische Bauteil elektrisch kontaktiert ist. Der flächige Träger kann auf seiner dem Mantel zugeordneten Hauptseite in Kontakt mit Vergussmasse sein oder nicht.
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Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass der flächige Träger zumindest zwei Aussparungen innerhalb des Umfangs des Mantels umfasst, welche den von dem Mantel umschlossenen Innenraum mit der Umgebung, insbesondere dem Gehäuseinneren, verbinden. Durch das Vorsehen von zumindest zweier Aussparungen ist es möglich, gezielt die Vergussmasse in den von dem Mantel, dem Gehäuseabschnitt und der Leiterplatte begrenzten Innenraum einzubringen.
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Es ist zweckmäßig, wenn der Mantel mit dem Träger formschlüssig oder stoffschlüssig oder kraftschlüssig verbunden ist. Dies ermöglicht die Bereitstellung einer vorgefertigten Baueinheit zur Herstellung der elektrischen Komponente. Insbesondere wird dadurch die Handhabung des Herstellungsvorgangs der elektrischen Komponente vereinfacht.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn der Mantel mit dem Gehäuseabschnitt kraftschlüssig verbunden ist. Durch die Ausgestaltung des Mantels aus einem flexiblen Material, z.B. einem Gummi, kann durch das Material und gegebenenfalls dessen Formgebung eine ausreichende kraftschlüssige (druckbeaufschlagte) Verbindung zu dem Gehäuseabschnitt hergestellt werden. Insbesondere wird durch die flexiblen Eigenschaften des Materials des Mantels auch sichergestellt, dass gegebenenfalls vorhandene Toleranzen (z.B. eine nicht exakt vorhandene Parallelität zwischen dem Gehäuseabschnitt und der Leiterplatte) in gewissen Grenzen ausgeglichen werden können. Insbesondere können dadurch auch mechanische Belastungen auf die Leiterplatte vermieden werden.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Vergussmasse innerhalb des Mantels unabhängig von dem Ausfüllgrad des freien Volumens mit der Vergussmasse immer an den Gehäuseabschnitt angrenzt. Hierdurch kann auf besonders einfache Weise eine gute Entwärmung des elektrischen Bauteils über das Gehäuse, das beispielsweise aus einem Druckguss oder einem anderen Material besteht, sichergestellt werden. In einer anderen Alternative kann vorgesehen sein, dass der durch den Mantel, den Gehäuseabschnitt und die Leiterplatte gebildete Innenraum vollständig mit der Vergussmasse ausgefüllt ist. Wie weit der Innenraum durch die Vergussmasse ausgefüllt wird, kann abhängig von den geforderten mechanischen Eigenschaften und den Erfordernissen der Entwärmung gewählt werden.
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Es ist zweckmäßig, wenn die Vergussmasse Wärme leitende Eigenschaften aufweist, um eine gute Entwärmung des oder der elektrischen Bauelemente sicherzustellen.
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Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass die Vergussmasse aus einem solchen Material gebildet ist, das bei der Verarbeitung viskose Eigenschaften aufweist und nach der Verarbeitung aushärtet oder aushärtbar ist. Die viskosen Eigenschaften der Vergussmasse erlauben es, die Vergussmasse durch eine Teilanzahl der Aussparungen in das Innere des Umfangs des Mantels einzubringen. Die beim Einbringen der Vergussmasse in dem Innenraum verdrängte Luft kann durch eine andere Teilanzahl der Aussparungen aus dem Innenraum austreten. Hierdurch wird sichergestellt, dass keine unbeabsichtigten Hohlräume im Inneren des Mantels entstehen.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist das elektrische Bauelement ein Transformator. Als elektrisches Bauelement kommen jedoch grundsätzlich all solche elektrischen Komponenten in Betracht, welche aufgrund ihrer hohen Wärmeabgabe im Betrieb gut entwärmt werden müssen. Dies sind beispielsweise Kondensatoren, Schaltelemente und dergleichen.
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Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Komponente der hierin beschriebenen Art gelöst. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Gehäuses mit einem Gehäuseabschnitt; Bereitstellen einer Baueinheit, die den Träger mit den zumindest zwei Aussparungen, das elektrische Bauteil und den ringförmigen, flexiblen Mantel umfasst, wobei das elektrische Bauteil auf dem Träger angeordnet und von dem Mantel umlaufen ist, so dass eine ringförmige Kontaktlinie zwischen dem Umfang des Mantels an seinem ersten Ende und dem Träger dicht ist; Befestigen der Baueinheit an dem Gehäuse zur Bereitstellung einer Zwischenkomponente derart, dass das Bauteil dem Gehäuseabschnitt gegenüberliegt und der Mantel dichtend an dem Gehäuseabschnitt anliegt; Anordnen der Zwischenkomponente, dass in Schwerkraftrichtung der Gehäuseabschnitt unterhalb des Trägers liegt; und Einbringen der Vergussmasse in das Innere des Mantels durch eine Teilanzahl der zumindest zwei Aussparungen.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete elektrische Komponente kann eine Mehrzahl an wie oben beschriebenen Baueinheiten umfassen. Neben einer oder mehreren Baueinheiten kann die elektrische Komponente auch weitere Komponenten, wie z.B. elektrische Bauteile, mechanische Bauteile und dergleichen, umfassen, die im Gesamten die elektrische Komponente ausbilden.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens ist als weiterer Schritt ein Aushärten der Vergussmasse, z.B. durch eine Wärmebehandlung, vorgesehen.
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Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung beschrieben.
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Die einzige Figur zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen elektrischen Komponente.
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1 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen elektrischen Komponente 1. Die elektrische Komponente 1 umfasst ein Gehäuse 4, von dem lediglich ein Gehäuseabschnitt 5 dargestellt ist. Lediglich beispielhaft ist der Gehäuseabschnitt 5 in der Querschnittsdarstellung flach ausgebildet. Das Gehäuseinnere ist beispielhaft mit dem Bezugszeichen 11, die Umgebung des Gehäuses mit dem Bezugszeichen 12 versehen.
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Im Gehäuseinneren 11 ist eine Baueinheit 13 angeordnet. Die Baueinheit 13 umfasst einen Träger 3, z.B. eine Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB), ein auf dem Träger 3 angeordnetes elektrisches Bauteil 2 (im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Transformator) sowie einen ringförmigen Mantel 6 aus einem flexiblen Material, z.B. Gummi. Der Träger 3 dient neben der mechanischen Befestigung des elektronischen Bauteils 2 zu dessen elektrischer Kontaktierung. Hierzu kann der Träger 3 in einer dem Fachmann bekannten Weise, jedoch aus den Figuren nicht näher dargestellten Weise, über eine oder mehrere Leiterplatten, Drahtverbindungen und dergleichen verfügen. Der Träger 3 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Wesentlichen parallel zu dem Gehäuseabschnitt 5 angeordnet. Über in der Figur nicht näher dargestellte Befestigungselemente ist der Träger 3 mit dem Gehäuseabschnitt 5 oder einem anderen Teil des Gehäuses 4 verbunden, so dass sich die in der Figur dargestellte Relativposition des Trägers 3 zu dem Gehäuseabschnitt 5 ergibt.
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Der Mantel 6 ist an seinem ersten Ende 6a derart mit dem Träger 3 verbunden, dass er das elektrische Bauteil 2 vollständig umläuft. Die Verbindung des Mantels 6 an seinem ersten Ende 6a mit dem Träger 3 kann formschlüssig, kraftschlüssig oder stoffschlüssig erfolgen. Zum Beispiel ist eine Klebung denkbar.
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Der Mantel 6 weist eine im Wesentlichen im Querschnitt zylinderförmige Gestalt auf und ist aufgrund seiner Materialeigenschaften und/oder Formgebung mit leicht federnden oder elastischen Eigenschaften versehen, so dass er bei der gezeigten Relativposition des Trägers 3 zu dem Gehäuseabschnitt 5 druckbeaufschlagt ist und sich an dem Gehäuseabschnitt 5 abstützt. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Mantel 6 nicht nur an seinem ersten Ende 6a, mit dem er an dem Träger 3 anliegt, sondern auch an seinem zweiten Ende 6b, mit dem er an dem Gehäuseabschnitt 5 anliegt, den Innenraum 7 abdichtet, der durch den Mantel 6, den Gehäuseabschnitt 5 und den Träger 3 begrenzt wird.
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Der Träger 3 weist innerhalb des Umfangs des Mantels 6 beispielhaft zwei Aussparungen 9, 10 auf. Über eine der beiden Aussparungen 9 oder 10 wird eine Vergussmasse 8 in den Innenraum 7 eingepresst. Dabei verdrängte Luft kann durch die andere der beiden Aussparungen 10 oder 9 entweichen, so dass prinzipiell eine vollständige Füllung des Innenraums 7 mit der Vergussmasse 8 möglich ist. Dadurch, dass es der Luft ermöglicht wird, aus dem Innenraum 7 zu entweichen, können sich keine Lufteinschlüsse, welche eine Wärmeableitung von dem elektrischen Bauteil 2 über die Vergussmasse 8 an den Gehäuseabschnitt 5 behindern, einstellen. In einer alternativen Ausgestaltung ist es auch möglich, den Innenraum 7 lediglich teilweise mit der Wärme leitenden Vergussmasse 8 zu füllen.
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Die Vergussmasse, z.B. aus Silikon, weist während des Einbringens in den Innenraum 7 viskose Eigenschaften auf. Durch einen Wärmebehandlungsschritt kann die Vergussmasse auf ein vorgegebenes Maß ausgehärtet werden.
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Die Herstellung der elektrischen Komponente, welche ein oder mehrere, wie in 1 dargestellte Baueinheiten 13 und optional weitere unmittelbar in dem Gehäuse 4 angeordnete Komponenten umfassen kann, erfolgt folgendermaßen:
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In einem ersten Schritt erfolgt das Bereitstellen des Gehäuses 4, das eine der Anzahl in dem Gehäuse 4 anzuordnenden Baueinheiten 13 entsprechende Anzahl an Gehäuseabschnitten 5 umfasst.
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Eine jeweilige Baueinheit 13 wird durch das Anordnen des elektrischen Bauteils 2 auf dem Träger 3 bereitgestellt. In der Baueinheit 13 kann in einer Variante auch mehr als ein elektrisches Bauteil auf dem Träger 3 angeordnet sein. Anschließend erfolgt das Anordnen des ringförmigen, flexiblen Mantels 6 auf dem Träger 3, so dass der Mantel 6 das elektrische Bauteil 2 umläuft. Der Mantel 6 wird mit dem Träger 3 verbunden, z.B. aufgrund seiner und der Formgebung des Trägers 3, aufgrund einer stoffschlüssigen Verbindung (z.B. durch Schweißen) oder durch Kleben usw.. Der Mantel 6 weist dabei eine Länge auf, die über das elektrische Bauteil 2 hinausragt.
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In einem nächsten Schritt wird die Baueinheit 13 an dem Gehäuse 4 derart befestigt, dass das Bauteil 2 dem Gehäuseabschnitt 5 gegenüberliegt. Die Befestigung der Baueinheit 13 an dem Gehäuse erfolgt beispielsweise durch Schrauben, Bolzen sowie entsprechende, korrespondierende Gegenteile des Gehäuses. Dabei kommt der Mantel 6 dichtend an dem Gehäuseabschnitt 5 zum Liegen. Anschließend wird die derart gebildete Zwischenkomponente so im Raum angeordnet, dass der Gehäuseabschnitt 5 in Schwerkraftrichtung unterhalb des Trägers 3 bzw. der Baueinheit 13 liegt. Dann wird die Vergussmasse 8 in das Innere des Mantels 6 durch eine Teilanzahl der zumindest zwei Aussparungen 9, 10 eingebracht. Dabei kann das Innere des Mantels 6 teilweise oder vollständig mit der Vergussmasse 8 gefüllt werden. Anschließend erfolgt ein Aushärten der Vergussmasse 8.
