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Die Erfindung betrifft eine Gehäuseschale für eine Funktionseinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Funktionseinheit mit einer derartigen Gehäuseschale.
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Die Funktionseinheit weist mindestens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauteil auf, das in einem Aufnahmeraum der Gehäuseschale aufgenommen ist. Das Bauteil ist somit vor äußeren Einwirkungen geschützt, die das Bauteil beschädigen könnten.
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Stand der Technik
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Aus der Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2013 010 542 U1 ist ein Gehäuse aus Kunststoff bekannt, das dazu einsetzbar ist, Elektronik oder andere empfindliche Bauteile vor äußeren mechanischen oder chemischen Einflüssen zu schützen. Das Gehäuse kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug als E-Box, Steuergerätehalter oder Kabelschacht verwendet werden. Das Gehäuse wird hierzu mit Hilfe eines Befestigungsmittels an einem Gerüst, beispielsweise an der Karosserie des Kraftfahrzeugs, befestigt. Zur Aufnahme des Befestigungsmittels ist im Gehäuse mindestens eine Öffnung vorgesehen. Neben dynamischen Belastungen (beispielsweise aus Vibrationen des Gerüsts resultierend) ist somit das Gehäuse auch statischen Belastungen durch das Befestigungsmittel ausgesetzt. Die Belastungen können zu einem Kriechen des belasteten Materials führen, was wiederum zu einer langsamen fortschreitenden plastischen Verformung des Materials führen kann. In der Folge reduziert sich die Spannkraft bzw. Befestigungskraft des Befestigungsmittels, so dass dieses ggf. nicht mehr seinen Zweck zu erfüllen vermag. Die Öffnung des Gehäuses zur Aufnahme des Befestigungsmittels wird daher durch ein Einlegeteil aus einem zweiten Kunststoff mit zumindest einem granularen und/oder faserförmigen Füllstoff gebildet.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Gehäuseschale für eine Funktionseinheit mit mindestens einem elektrischen und/oder elektronischen Bauteil anzugeben, deren Robustheit weiter gesteigert ist und somit eine erhöhte Schutzwirkung besitzt.
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Zur Lösung der Aufgabe wird die Gehäuseschale mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird eine Funktionseinheit mit einer derartigen Gehäuseschale angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorgeschlagen wird eine Gehäuseschale für eine Funktionseinheit mit mindestens einem elektrischen und/oder elektronischen Bauteil. Die Gehäuseschale ist im Wesentlichen aus einem Kunststoffmaterial gefertigt und weist einen Deckenbereich sowie mindestens eine einstückig mit dem Deckenbereich ausgebildete Seitenwand zur Begrenzung eines Aufnahmeraums für das elektrische und/oder elektronische Bauteil auf. Erfindungsgemäß ist der Deckenbereich biegesteifer als die mindestens eine Seitenwand ausgebildet.
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Die mindestens eine Seitenwand ist demnach weniger biegesteif bzw. im Vergleich zum Deckenbereich nachgiebiger ausgeführt, was zu einer „weichen“ Lagerung der Gehäuseschale führt. Diese bewirkt, dass bei einer Schlagbeanspruchung der Gehäuseschale die Schlagenergie über den biegesteifen Deckenbereich in die mindestens eine Seitenwand eingeleitet wird und dort - in einem unkritischen Bereich des Gehäuses - zumindest teilweise abgebaut und damit entschärft wird, so dass eine Verformung des Deckenbereichs ausbleibt. Dadurch ist sichergestellt, dass sich der Deckenbereich nicht nach innen wölbt und das im Aufnahmeraum aufgenommene elektrische und/oder elektronische Bauteil beschädigt. Die vorgeschlagene Gehäuseschale weist demnach eine erhöhte Schlag- bzw. Stoßfestigkeit auf. Mit Hilfe der vorgeschlagenen Gehäuseschale lassen sich somit Gehäuse für elektrische und/oder elektronische Bauteile realisieren, die besonders robust und widerstandsfähig sind.
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Die Stoßfestigkeit von Gehäusen elektrischer Bauteile oder Betriebsmittel ist international genormt, und zwar nach der Norm IEC 62262:2002. Nach dieser Norm kann ein Gehäuse einer bestimmten Schutzart bzw. Schlagfestigkeitsklasse (IK01 bis IK10) zugeordnet werden, und zwar in Abhängigkeit von der Schlagenergie, der es standzuhalten vermag. Die Schlagenergie wird dabei in Joule gemessen. In der höchsten Schlagfestigkeitsklasse IK10 muss ein Gehäuse einer Schlagenergie von mindestens 20 Joule standhalten.
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Für Gehäuse der Schlagfestigkeitsklasse IK10 werden üblicherweise metallische Werkstoffe eingesetzt. Metallische Werkstoffe weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie für Funksignale nicht durchlässig und daher für bestimmte Anwendungen nicht geeignet sind. Hier schafft die vorgeschlagene Gehäuseschale Abhilfe, da sie einer Schlagenergie von mindestens 20 Joule standzuhalten vermag und durchlässig für Funksignale ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Deckenbereich der Gehäuseschale nach außen konvex gewölbt. Die konvexe Wölbung kann durch eine Materialverstärkung und/oder konvexe Formung des Deckenbereichs erzielt werden. Das heißt, dass der Deckenbereich innen eben ausgeführt oder konkav geformt sein kann. Die Wölbung des Deckenbereichs erhöht die Biege- bzw. Formsteifigkeit, da sie entgegengesetzt zur Kraftrichtung bei einer Schlagbeanspruchung verläuft.
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Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Deckenbereich eine von außen nicht sichtbare aussteifende Struktur aufweist. Auf diese Weise kann die Biege- bzw. Formsteifigkeit des Deckenbereichs der Gehäuseschale weiter erhöht werden. Dadurch, dass die aussteifende Struktur von außen nicht sichtbar ist, kann die Oberfläche des Deckenbereichs im Wesentlichen glatt ausgeführt werden, so dass die Gehäuseschale weniger schnell verschmutzt. Die aussteifende Struktur kann insbesondere rippen- oder gitterartig, beispielsweise wabenförmig, ausgebildet sein. Die erhöhte Biege- bzw. Formsteifigkeit kann auf diese Weise mit minimalem Materialaufwand erreicht werden. Eine gitterartige, beispielsweise wabenförmige, Struktur weist gegenüber einer lediglich rippenartigen Struktur den Vorteil auf, dass die Aussteifung weitgehend richtungsunabhängig ist.
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Bevorzugt ist der Deckenbereich und die mindestens eine Seitenwand der vorgeschlagenen Gehäuseschale über eine Rundung und/oder eine Schräge verbunden. Die Rundung bzw. Schräge optimiert die Krafteinleitung vom Deckenbereich in die Seitenwand, so dass die Robustheit weiter steigt.
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Des Weiteren bevorzugt ist das Kunststoffmaterial, aus dem die Gehäuseschale gefertigt ist, mittels Fasern verstärkt. Auch diese Maßnahme trägt zu einer Robustheitssteigerung bei. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Fasern eine definierte Ausrichtung aufweisen. Vorzugsweise unterstützt die Faserausrichtung die Kraftableitung, insbesondere die Krafteinleitung vom Deckenbereich in die mindestens eine Seitenwand.
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Bei der mindestens einen Seitenwand kann es sich beispielsweise um eine gebogene Seitenwand handeln, die sich über einen Teilumfang oder über den gesamten Umfang des Deckenbereichs der Gehäuseschale erstreckt. Beispielsweise kann der Deckenbereich eine runde, insbesondere kreisrunde, Grundform besitzen, während die Seitenwand hohlzylinderförmig ausgeführt ist. Besitzt der Deckenbereich jedoch eine eckige Form, weist die Gehäuseschale mehrere Seitenwände auf, wobei vorzugsweise die Anzahl der Seitenwände der Anzahl der Seitenkanten des Deckenbereichs entspricht.
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Vorteilhafterweise ist die Gehäuseschale in der Draufsicht spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine Achse A ausgebildet. Dies erleichtert die Montage der Gehäuseschale, da die Orientierung beliebig ist. Zugleich wird die Schlagenergie bei einer Schlagbeanspruchung der Gehäuseschale möglichst gleichmäßig verteilt und über die Seitenwand bzw. Seitenwände abgeleitet.
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Zur Befestigung der Gehäuseschale und/oder der die Gehäuseschale aufweisenden Funktionseinheit an einem Untergrund wird vorgeschlagen, dass an die mindestens eine Seitenwand, vorzugsweise an zwei sich gegenüberliegenden Seitenwänden oder Seitenwandabschnitten, ein Flansch angeformt ist. Über den Flansch wird eine Abstützung der Gehäuseschale am Untergrund erreicht, so dass die Schlagenergie bei einer Schlagbeanspruchung der Gehäuseschale direkt in den Untergrund eingeleitet wird. Ferner vereinfacht der Flansch die Befestigung der Gehäuseschale bzw. der die Gehäuseschale aufweisenden Funktionseinheit am Untergrund.
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Dies gilt im Besonderen, wenn der Flansch - gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung - mindestens eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Befestigungsmittels aufweist. Bei dem Befestigungsmittel kann es sich beispielsweise um eine Schraube, einen Niet oder einen Stift handeln. Vorzugsweise ist in der Ausnehmung eine Buchse integriert. Die Buchse verstärkt bzw. versteift den Flansch im Bereich der Ausnehmung, so dass die Schlagenergie bei einer Schlagbeanspruchung der Gehäuseschale über die Buchse und das hierin aufgenommene Befestigungsmittel in den Untergrund eingeleitet wird. Die Buchse optimiert somit die Kraftableitung. Vorzugsweise ist die Buchse aus Metall, beispielsweise aus Stahl, gefertigt, da metallische Werkstoffe in der Regel eine hohe mechanische Festigkeit besitzen.
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Zur weiteren Optimierung der Kraftableitung wird vorgeschlagen, dass der Flansch biegesteifer als die Seitenwand ausgeführt ist, an welcher der Flansch angeformt ist. Über die weniger biegesteife bzw. „nachgiebige“ Seitenwand kann ein Teil der abzuleitenden Kraft bzw. Schlagenergie aufgenommen werden. Die verbleibende Kraft bzw. Schlagenergie wird über den Flansch und - sofern vorhanden - die Buchse und das Befestigungsmittel in den Untergrund eingeleitet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Gehäuseschale ein Spritzgussteil. Das heißt, dass die Gehäuseschale in einem Spritzguss-Verfahren bzw. in einem Spritzguss-Werkzeug hergestellt worden ist. Die Gehäuseschale kann auf diese Weise einfach und kostengünstig gefertigt werden. Insbesondere kann die Integration der Buchse in den Flansch der Gehäuseschale vereinfacht werden, indem die Buchse vorgefertigt, in das Werkzeug eingelegt und mit dem Kunststoffmaterial der Gehäuseschale umspritzt wird. Durch Umspritzen wird ein fester Verbund zwischen der Buchse und der Gehäuseschale erreicht.
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Die darüber hinaus vorgeschlagene Funktionseinheit zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine erfindungsgemäße Gehäuseschale umfasst. Ferner weist sie mindestens ein im Aufnahmeraum der Gehäuseschale aufgenommenes elektrisches und/oder elektronisches Bauteil auf. Das Bauteil ist durch die Gehäuseschale optimal vor äußeren mechanischen Einwirkungen, insbesondere vor einer Schlagbeanspruchung, geschützt.
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Vorzugsweise ist das elektrische und/oder elektronische Bauteil auf einer separaten Bodenplatte angeordnet, die mit der Gehäuseschale verbunden oder verbindbar ist, so dass das Bauteil kontaktfrei im Aufnahmeraum der Gehäuseschale aufgenommen ist. „Kontaktfrei“ bedeutet in diesem Zusammenhang ohne Kontakt zur Gehäuseschale, so dass diese vom Bauteil entkoppelt ist. Bei einer Schlagbeanspruchung der Gehäuseschale bleibt demnach das elektrische und/oder elektronische Bauteil weitgehend unbelastet. Vibrationen und/oder Beschleunigungen des Untergrunds können über die Befestigung der Bodenplatte übertragen werden, so dass diese von dem elektrischen und/oder elektronischen Bauteil erfasst werden, sofern dies der Funktion des Bauteils entspricht.
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Zur weiteren Entkopplung der das elektrische und/oder elektronische Bauteil tragenden Bodenplatte von der Gehäuseschale kann in die Bodenplatte ein Dichtelement integriert sein, an dem die Gehäuseschale, vorzugsweise über einen innenliegenden Kragen, elastisch abgestützt ist. Über das Dichtelement wird zugleich eine Abdichtung des Aufnahmeraums erreicht, so dass das elektrische und/oder elektronische Bauteil zusätzlich vor eindringender Feuchtigkeit geschützt ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer Funktionseinheit mit einer erfindungsgemäßen Gehäuseschale vor der Montage,
- 2 eine perspektivische Darstellung der Gehäuseschale der Funktionseinheit der 1,
- 3 eine perspektivische Darstellung einer zur Verbindung mit der Gehäuseschale der 2 vorgesehenen Bodenplatte,
- 4 einen schematischen Längsschnitt durch die Gehäuseschale der 2 einschließlich Bodenplatte,
- 5 einen Längsschnitt durch das Gehäuseteil der 2 einschließlich Bodenplatte und
- 6 eine Untersicht der Gehäuseschale der 2.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der 1 ist eine Funktionseinheit 2 mit mindestens einem elektrischen und/oder elektronischen Bauteil 3 zu entnehmen, das auf einer Bodenplatte 13 eines mehrteilig ausgeführten Gehäuses der Funktionseinheit 2 angeordnet ist. Die Bodenplatte 13 ist mit einer Gehäuseschale 1 des Gehäuses verbindbar, und zwar in der Weise, dass die Gehäuseschale 1 die Bodenplatte 13 und das hierauf angeordnete elektrische und/oder elektronische Bauteil 3 vollständig abdeckt. Die Verbindung erfolgt mittels Schrauben 17, die in die Bodenplatte 13 eingesetzt sind und in Schraubkanäle 16 der Gehäuseschale 1 eingeschraubt werden (siehe 6). Sowohl die Gehäuseschale 1 als auch die Bodenplatte 13 sind im Wesentlichen aus einem Kunststoffmaterial gefertigt.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, weist die Gehäuseschale 1 einen Deckenbereich 5 auf, der in der Draufsicht rechteckig geformt ist. Der Deckenbereich 5 geht an seinen vier Seitenkanten jeweils über eine Rundung 8 und eine Schräge 9 in eine Seitenwand 6 über. Das heißt, dass die Gehäuseschale 1 vier Seitenwände 6 aufweist. Auf diese Weise wird ein Aufnahmeraum 4 zur Aufnahme des elektrischen und/oder elektronischen Bauteils 3 geschaffen.
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An zwei sich gegenüberliegenden Seitenwänden 6 ist jeweils ein Flansch 10 mit einer Ausnehmung 11 angeformt. In den Ausnehmungen 11 ist jeweils eine Buchse 12 aus einem metallischen Werkstoff integriert, die der Aufnahme eines Befestigungsmittels (nicht dargestellt) dient. Hierbei kann es sich insbesondere wieder um eine Schraube handeln. Über das Befestigungsmittel kann die Gehäuseschale 1 an einem Untergrund befestigt werden, wobei das Befestigungsmittel eine Verankerung im Untergrund bewirkt, über die auf die Gehäuseschale von außen einwirkende Kräfte in den Untergrund einleitbar sind.
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Zur Optimierung des Handlings der Gehäuseschale 1 weisen die beiden gegenüberliegenden Seitenwände 6, an die jeweils ein Flansch 10 angeformt ist, eine konvex geformte Griffmulde 18 auf. Die Griffmulde 18 gewährt zudem Zugang für ein Werkzeug.
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Wie insbesondere der 3 zu entnehmen ist, ist in die Bodenplatte 13 ein umlaufendes Dichtelement 15 integriert, das außenliegend in Bezug auf das mindestens eine elektrische und/oder elektronische Bauteil 3 angeordnet ist. An dem Dichtelement 15 ist die Gehäuseschale 1 über einen innenliegenden Kragen 14 abgestützt (siehe 4 oder 5). Der Aufnahmeraum 4 ist somit nach außen abgedichtet. Die Abstützung der Gehäuseschale 1 über das Dichtelement 15 bewirkt zudem eine Entkopplung von der Bodenplatte 13, da sich das Dichtelement 15 bei einer Schlagbeanspruchung der Gehäuseschale 1 elastisch verformt, wobei die Schlagenergie in Verformungsenergie umgewandelt wird.
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Die Kraftableitung über die Gehäuseschale 1 bei einer Schlagbeanspruchung ist schematisch in der 4 dargestellt. Die Schlagenergie bzw. der Schlagimpuls ist durch die Kraft F angedeutet, die auf den Deckenbereich 5 der Gehäuseschale 1 einwirkt. Bei der dargestellten erfindungsgemäßen Gehäuseschale 1 ist der Deckenbereich 5 biegesteifer als die Seitenwände 6 ausgelegt, so dass die Kraft F auf die weniger biegesteifen Seitenwände 6 verteilt wird. Da die Gehäuseschale 1 in der Draufsicht (oder Untersicht) symmetrisch in Bezug auf eine Achse A ausgestaltet ist (siehe 6), wird die Kraft F gleichmäßig verteilt. Ein Teil der Kraft F wird durch die weniger biegesteifen Seitenwände absorbiert und im Übrigen über die Flansche 10, die Buchsen 12 sowie die hierin eingesetzten Befestigungsmittel (nicht dargestellt) in den Untergrund eingeleitet. Auf diese Weise wird eine Gehäuse geschaffen, das einer Schlagenergie von mindestens 20 Joule standzuhalten vermag.
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Die erhöhte Biegesteifigkeit des Deckenbereichs 5 der Gehäuseschale 1 wird unter anderem dadurch erreicht, dass der Deckenbereich 5 leicht nach außen konvex gewölbt ist (siehe 5). Die konvexe Wölbung wird durch eine Materialverstärkung zur Mitte hin erreicht. Darüber hinaus weist der Deckenbereich 5 eine aussteifende Struktur 7 auf, die von außen nicht sichtbar ist. Wie der 6 zu entnehmen ist, wird die Struktur 7 durch ein wabenförmiges Gitter gebildet. Die Stege des Gitters bewirken die Aussteifung bei zugleich minimalem Materialverbrauch. Zugleich kann Gewicht eingespart werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202013010542 U1 [0003]
