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Die Erfindung betrifft ein Steuergerät nach Anspruch 1 und eine Verwendung des Steuergeräts nach Anspruch 10.
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In modernen elektronischen Steuergeräten muss die Leiterplatte (PCB) aus Gründen von ESD (= Electrostatic Discharge) und EMV (= Elektromagnetische Verträglichkeit) oft elektrisch an das Gehäuse oder an einen anderen die Leiterplatte umgebenden Körper angeschlossen sein. Für die Befestigung der Leiterplatte am Gehäuse steht jedoch zunehmend weniger Bauraum zur Verfügung. Meist werden für den Anschluss der Leiterplatte an das Gehäuse Einpresspins verwendet oder es wird ein Kabel angelötet, welches an einer anderen Stelle über eine eingekrimpte Öse am Gehäuse verschraubt wird. Alternativ werden aufgelötete Federkontakte verwendet. Diese Lösungen generieren jedoch zusätzliche Kosten und benötigen Bauraum.
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Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige und wenig Bauraum beanspruchende Befestigung zwischen dem Gehäuse und der Leiterplatte eines elektronischen Steuergeräts bereitzustellen, welche zudem eine geeignete elektrische Anbindung herstellt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung betrifft ein Steuergerät mit einem Gehäuse und einer Leiterplatte, wobei das Gehäuse und die Leiterplatte mittels eines Niets miteinander verbunden sind. Durch den Einsatz eines Niets ist eine kostengünstige Möglichkeit geschaffen, das Gehäuse und die Leiterplatte miteinander zu verbinden und darüber eine elektrische Verbindung zu schaffen. Zudem nimmt der Niet wenig Platz in Anspruch.
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Bevorzugt wird die Verbindung von der Leiterplatte aus hergestellt, wobei der Niet durch die Leiterplatte in eine Bohrung im Gehäuse eingebracht ist. Von der Leiterplatte aus findet eine Ableitung von Elektrizität über den Niet an das Gehäuse statt, so dass eine Verbesserung bezüglich ESD und EMV möglich ist.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Niet einen Nietkopf und einen Nietschaft auf, wobei der Nietkopf mit einem Ende des Nietschafts verbunden ist. Der Nietkopf ist dabei bevorzugt kuppelförmig ausgebildet. Durch die kuppelförmige Ausbildung des Nietkopfes hat der Nietkopf eine federnde Eigenschaft. Ähnlich wie bei einer Tellerfeder liegt der Nietkopf auf der Leiterplatte auf und kann dadurch federn, z.B. im Fall von Vibrationen des Steuergeräts. Damit ist es möglich, eine dauerhafte elektrische Anbindung bereitzustellen, da durch die Federung die elektrische Anbindung bei Vibrationen nicht unterbrochen wird.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Nietkopf eine Ausnehmung, eine Innenseite, eine Außenseite und eine Zwischenfläche auf, wobei die Innenseite die Ausnehmung begrenzt. Für die Montage kann ein Nietdorn in der Ausnehmung platziert werden. Anders gesagt ist der Nietkopf kuppelförmig ausgebildet, wobei die Kuppel ähnlich eines Pilzkopfes geformt ist und mittig eine Ausnehmung aufweist.
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Die Zwischenfläche ist bevorzugt zwischen der Innenseite und der Außenseite angeordnet. Die Innenseite liegt am Nietschaft an, während die Zwischenfläche und die Außenseite nicht mit dem Nietschaft verbunden sind.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Innenseite eine Verbindungsfläche auf, über welche der Nietkopf und der Nietschaft miteinander verbunden sind.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Außenseite des Nietkopfes eine Auflagefläche auf. Diese Auflagefläche liegt nach der Montage an der Leiterplatte an. Die Zwischenfläche und die Innenseite liegen nicht am Gehäuse an.
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Alle Merkmale zur Ausbildung des Nietkopfes tragen dazu bei, dass die Federung des Nietkopfes verbessert wird.
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In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Niet monolithisch ausgebildet. Monolithisch meint in diesem Zusammenhang, dass das Niet aus einem Stück bzw. einstückig ausgebildet ist.
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Insbesondere bevorzugt ist der Nietkopf aus Innenseite, Zwischenfläche und Außenseite derart ausgebildet, dass die Außenseite unterhalb der Höhe der Innenseite angeordnet ist. Die Außenseite liegt somit vom Höhenniveau her tiefer als die Innenseite und bildet dadurch eine Kuppelform bzw. Pilzform.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Nietkopf eine Auflagefläche mit mindestens einem Auflagepunkt auf, wobei der mindestens eine Auflagepunkt aus der Auf lagefläche hinausragt. Besonders bevorzugt ist der Auflagepunkt als umlaufender Wulst oder als mehrere Wölbungen bzw. Buckel ausgebildet, welche aus der Auflagefläche herausragen. Der Nietkopf kommt so mit den Auflagepunkten auf der Leiterplatte zum Liegen, was die Auflagefläche des Nietkopfes auf dem Gehäuse verringert. Damit wird die Krafteinleitung zur PCB-Oberseite (dort, wo die Auflagepunkte aufliegen) hin verbessert.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Nietschaft eine raue Oberfläche auf. Besonders bevorzugt weist der Nietschaft eine gerillte oder geriffelte Oberfläche auf. Damit wird die Klemmfläche des Niets noch weiter erhöht, so dass die Verbindung auch hohen Anforderungen - bei z.B. sehr geringem elektrischem Übergangswiderstand - genügt.
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Zudem bewirkt die raue Oberfläche bevorzugt ein Durchbrechen der Oxidschicht am Aluminium. Dadurch wird die Leitfähigkeit des Aluminiums an der Anlagefläche für den Nietschaft verbessert. Insbesondere wird beim Zurückziehen der Nietdornspitze mittels der Nietzange der Nietschaft aufgeweitet und an die Wand der Bohrung (PCB / Gehäuse) gedrückt. Durch die raue Oberfläche des Nietschafts wird dabei die Oxidschicht durchbrochen bzw. an einigen Stellen zerstört.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht eine Lochleibung zwischen dem Niet und dem Gehäuse bzw. der PCB. Mit Lochleibung ist in diesem Zusammenhang gemeint, dass eine Pressung des Niets in der Bohrung der PCB bzw. dem Gehäuse besteht. Das Aufbrechen der Oxidschicht kann auch vorzugsweise beim Herstellen der Pressung entstehen.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich auch aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Figuren.
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In schematischer Darstellung zeigen beispielhaft:
- 1 eine Schnittdarstellung bei der Montage der Erfindung in einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine Schnittdarstellung bei der Montage der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform und
- 3 eine Schnittdarstellung bei der Montage der Erfindung in einer dritten Ausführungsform.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung der Erfindung in einer ersten Ausführungsform. Die Figur zeigt einen Ausschnitt von einem Steuergerät 1 mit einer Leiterplatte bzw. PCB 3 und einem Gehäuse 5. Das Gehäuse 5 des Steuergeräts ist bevorzugt aus Aluminium. In das Gehäuse 5 ist eine erste Bohrung 7 eingebracht. Durch die Leiterplatte 3 zieht sich eine zweite Bohrung 9. Auf der Oberseite der Leiterplatte 3 befindet sich ein Kontaktpad 11, welches bevorzugt als Ring um die zweite Bohrung 9 auf der Leiterplatte 3 aufgebracht ist. In der ersten Bohrung 7 und der zweiten Bohrung 9 ist ein Niet 13 eingebracht, wobei dieser einen Nietkopf 15 und einen Nietschaft 17 umfasst. In den Nietschaft 17 ist ein Nietdorn 19 eingebracht, welcher zur Montage dient.
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Der Nietkopf 15 umfasst eine Innenseite 21, eine Zwischenfläche 23 und eine Außenseite 25. Die Innenseite 21 ist über eine Verbindungsfläche 27 mit dem Nietschaft 17 verbunden. Die Außenseite 25 weist eine Auflagefläche 29 auf, welche im montierten Zustand auf der Leiterplatte 3 aufliegt. Die Zwischenfläche 23 liegt nicht auf der Leiterplatte 3 bzw. auf dem Kontaktpad 11 auf. Dadurch erhält der Nietkopf 15 eine elastische Eigenschaft und kann so Vibrationen des Steuergeräts abfangen, wobei eine elektrische Anbindung mit dem Kontaktpad dauerhaft aufrechterhalten werden kann. Dies ist von Vorteil, damit das Steuergerät insgesamt verbesserte Werte bezüglich ESD- und EMV-Eigenschaften aufweist.
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Die Innenseite 21 begrenzt die zweite Bohrung 9. Generell ist der Nietkopf 15 kuppelförmig bzw. pilzförmig ausgebildet, wobei die der Nietkopf eine mittige Ausnehmung zur Aufnahme des Nietdorns 19 aufweist. Die Ausnehmung befindet sich zentral am höchsten Punkt der Kuppel des Nietkopfes 15. Der Niet ist bevorzugt einstückig, d.h. monolithisch, ausgebildet.
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2 zeigt in Abweichung zu 1 eine Auflagefläche 29' mit einem umlaufenden Wulst 31', welcher aus der Auflagefläche hinausragt. Dadurch wird die tatsächliche Auflage auf den Wulst 31' reduziert und es verbessert sich die Krafteinleitung zur PCB-Oberseite hin.
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3 zeigt in Abweichung zu 1 eine Oberfläche 33" am Nietschaft 17", welche rau ausgebildet ist. Z.B. weist die Oberfläche 33" am Nietschaft 17" Rillen oder Riffel auf oder ist gerändelt. Die Rillen bzw. Riffel können z.B. schräg ausgebildet sein. Durch die raue Oberfläche 33" wird beim Entstehen der Lochleibung (Einpressen der Niet in die Ausnehmungen der PCB 3 und des Gehäuses 5) in das Aluminium des Gehäuses 5 eingeschnitten, so dass die Oxidschicht an einigen Stellen zerstört wird. Dadurch verbessert sich die Leitfähigkeit des Aluminiums.
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Die Ausführungsformen und Merkmale der 1, 2 und 3 können selbstverständlich miteinander kombiniert werden. Allein die Darstellung erfolgt hier separat. In den 2 und 3 sind der Einfachheit halber nur die zu 1 unterschiedlichen Merkmale mit Bezugsziffern versehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ausschnitt eines Steuergeräts
- 3
- Leiterplatte bzw. PCB
- 5
- Gehäuse
- 7
- erste Bohrung
- 9
- zweite Bohrung
- 11
- Kontaktpad
- 13
- Niet
- 15
- Nietkopf
- 17, 17"
- Nietschaft
- 19
- Nietdorn
- 21
- Innenseite
- 23
- Zwischenfläche
- 25
- Außenseite
- 27
- Verbindungsfläche
- 29, 29'
- Auflagefläche
- 31'
- Wulst
- 33"
- raue Oberfläche
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Weitere Informationen zu der Erfindung:
- Die Erfindung vereint die mechanische Befestigung und die elektrische Kontaktierung in dem Verbindungselement Niet und spart dadurch eine separate elektrische Verbindung ein. Mit Hilfe eines geeigneten Niet wird eine Leiterplatte (Printed Circuit Board = PCB) sowohl mechanisch als auch elektrisch niederohmig mit einem Aluminiumkörper verbunden.
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Das Design des Niet und der beiden Verbindungspartner wird durch geschickte Materialauswahl und/oder Oberflächenauswahl der Kontaktpartner unter Berücksichtigung der elektrochemischen Spannungsreihe bevorzugt so gestaltet, dass eine Kontaktkorrosion verhindert wird.
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Durch die elastische oder federelastische Ausgestaltung des Nietkopfes wird eine elektrisch niederohmige Verbindung der Leiterplatte mit dem Nietkopf dauerhaft sichergestellt. Diese Kontaktierung kann entweder flächig oder durch einen oder mehrere Buckel und/oder Wulste auf der Unterseite des Nietkopfes punktuell oder umlaufend geschehen.
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Des Weiteren wird durch den Lochwanddruck (Lochleibung) ein Durchbrechen der Oxidschicht des Aluminiumkörpers und somit eine elektrisch niederohmige Verbindung dauerhaft sichergestellt. Dieses Durchbrechen der Oxidschicht kann durch eine gerillte, geriffelte, schräg geriffelte, gerändelte oder andersartig raue Ausgestaltung der Klemmfläche des Niets noch weiter erhöht werden, um sehr hohen Anforderungen (z.B. sehr geringer elektrische Übergangswiderstand) zu genügen.
