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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verbindungselement und Verfahren zum Verbinden einer Leiterplatte mit einem Trägerelement gemäß den Hauptansprüchen.
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In der Elektronik werden Leiterplatinen oftmals mit Trägerelementen verschraubt, geklemmt oder fest in Produkte verbaut. Gerade bei Verschraubungen, was die häufigste Fixierungsart für PCB's (PCB = engl. Printed Circuit Board = Leiterplatine) bildet, gibt es neben der absolut überdimensionierten Fixierung weitere Nachteile, wie beispielsweise dass eine Schraube gegebenenfalls einen elektrischen Kontakt bildet (d. h., elektrisch leitend ist), auch wenn dies nicht erwünscht ist. Aus diesem Grund wird zur Verbesserung einer gewünschten Isolation ein großer Bauraum benötigt, um ausreichend Luft für elektrisch leitende Elemente vorzusehen und hierdurch geringe Kriechstrecken zu ermöglichen. Dies führt in der Folge wiederum dazu, dass speziell bei Schraubfixierpunkten durch Luft- und Kriechstrecken bei einer Bestückung von Hochvolt-Leiterplatinen (HV-Platinen) deutlich eingeschränkte Freiheitsgrade bezüglich des räumlichen Designs bestehen. Ferner ermöglicht eine Schraubverbindung kaum bzw. quasi keinen Ausgleich bei thermischem Mismatch, d. h. einem unterschiedlichen Ausdehnungsverhalten verschiedenerer Materialien. Auch sind meist keine Dämpfeigenschaften im Gesamtverbund durch eine solche Schraubverbindung vorhanden und es wird zusätzlich eine Mutter bzw. ein Gegengewinde benötigt, was zusätzlich mehr Bauraum erfordert und ferner Design-Einschränkungen hinsichtlich der Zugänglichkeit dieser Muttern bzw. Gegengewinden bezüglich einer Anschraub-Montage oder einer ausreichend festen Befestigungsmöglichkeit durch die Beaufschlagung von hinreichend großen Drehmomenten auf eine solche Schraubverbindung.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verbindungselement und ein verbessertes Verfahren zum Verbinden einer Leiterplatte mit einem Trägerelement gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Mit dem hier vorgestellten Ansatz wird ein Verbindungselement zum Verbinden einer Leiterplatte mit einem Trägerelement vorgestellt, wobei das Verbindungselement die folgenden Merkmale aufweist:
- - einen Kopfabschnitt; und
- - einen von dem Kopfabschnitt abstehenden Halteabschnitt, wobei der Halteabschnitt zumindest einen Schlitz aufweist, um den Halteabschnitt in zumindest zwei Haltestifte zu unterteilen, wobei an einem dem Kopfabschnitt gegenüberliegenden Ende der Haltestifte je ein Rasthaken angeordnet ist, um das Verbindungselement in oder an dem Trägerelement zu befestigen.
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Unter einem Verbindungselement kann vorliegend eine Komponente verstanden werden, die beispielsweise durch eine Öffnung der Leiterplatte geführt und in eine Öffnung oder Ausnehmung des Trägerelements eingeführt und verrastet wird, um die Leiterplatte an einem Trägerelement zu befestigen. Unter einer Leiterplatte kann beispielsweise ein elektronisches Element verstanden werden, auf welchem elektronische Bauteile angeordnet und miteinander elektrisch verschaltet sind. Unter einem Trägerelement kann beispielsweise ein Gehäuseelement oder eine Struktur verstanden werden, welches die Leiterplatte umgibt, vor Umwelteinflüssen schützt oder trägt. Unter einem Kopfabschnitt kann vorliegend ein ebener oder tellerförmiger Abschnitt des Verbindungselements verstanden werden, der einen Druck auf die Leiterplatte ausüben kann, wenn das Verbindungselement in dem Trägerelement eingesetzt ist. Der Halteabschnitt kann beispielsweise auf einer Seite des Kopfabschnitts (beispielsweise entlang oder in Richtung einer Flächennormale) von dem Kopfabschnitt abstehen. Auf diese Weise kann der Halteabschnitt beispielsweise durch die Öffnung oder in die Ausnehmung des Trägerelements geführt und dort befestigt werden. Der Halteabschnitt kann hierbei den Schlitz aufweisen, sodass der Halteabschnitt an einem an den Kopfabschnitt gegenüberliegenden Teil beispielsweise voneinander getrennte oder getrennt abstehende Haltestifte ausformt, jedoch an einem dem Kopfabschnitt benachbarten Teil einen gemeinsamen Halsabschnitt aufweist, der kompakt ohne getrennte Haltestifte eine Verbindung des Halteabschnitts an dem Kopfabschnitt ermöglicht. Unter einem Rasthaken kann beispielsweise ein hakenförmiges Element verstanden werden, welches beim Einführen in eine Öffnung oder Ausnehmung ausgelenkt werden kann, und dann in einer gewünschten Endposition durch eine in den Haltestiften bei Einführen in eine Öffnung des Trägerelementes aufgebaute Rückspannkraft in eine ursprüngliche Position zurück schnappt und beispielsweise eine Komponente des Trägerelements hintergreift und somit das Verbindungselement in dem Trägerelement fixiert und hierdurch auch die Leiterplatte am Trägerelement befestigt.
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Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass durch das Verbindungselement mit dem Kopfabschnitt und dem Halteabschnitt, der sich durch den Schlitz in zumindest zwei Haltestifte unterteilt, die je mit einem Rasthaken versehen sind, eine sehr effiziente, Bauraum-sparende, kostengünstige und schnell montierbare Lösung vorgestellt werden kann, um die Leiterplatte hatte Trägerelement zu befestigen. Es braucht daher nicht mehr auf eine aufwändig zu montierende Schraubverbindung zurückgegriffen werden, sondern es kann vielmehr durch ein Eindrücken schnell zu befestigende Verbindungselement verwendet werden, wodurch Kosten, Arbeitsschritte und Raumbedarf in einer zu erstellenden Elektronikkomponente eingespart werden können.
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Besonders günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der der Halteabschnitt zumindest zwei Schlitze aufweist, um den Halteabschnitt teilweise in zumindest drei Haltestifte zu unterteilen, wobei an einem dem Kopfabschnitt gegenüberliegenden Ende der Haltestifte je ein Rasthaken angeordnet ist, um das Verbindungselement an dem Trägerelement zu befestigen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, durch die drei unterschiedlichen Haltestifte einen sehr sicheren Sitz des Verbindungselements in dem Trägerelement zu gewährleisten, sodass die Leiterplatte zuverlässiger am Trägerelement befestigt werden kann.
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Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform das Verbindungselement einstückig und/oder aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil einer sehr kostengünstigen und einfachen Herstellung, wobei auch die Verwendung eines Kunststoffmaterials als günstigem Material für das Verbindungselement eine ausreichende elektrische Isolation zwischen der Leiterplatte und Trägerelement bietet.
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Denkbar ist ferner auch eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der einen Federabschnitt vorgesehen ist, der in einem Bereich angeordnet ist, an dem der Kopfabschnitt an den Halteabschnitt angrenzt, insbesondere wobei der Federabschnitt als ein von dem Halteabschnitt abstehender Kranz oder Kragen ausgebildet ist. Unter einem solchen Kranz oder Kragen kann ein Element verstanden werden, bei dem einzelne Flügel radial von einem zentralen Innenbereich, beispielsweise anliegend am Halsbereich, in einen Außenbereich abstehen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, auch bei einem befestigten Verbindungselement dem Trägerelement vom Kopfabschnitt durch den zusammengedrückten Federabschnitt einen Druck auf die Leiterplatte ausüben zu können und somit einerseits einen sicheren Sitz der Leiterplatte auf dem Trägerelement und andererseits eine zuverlässige Verspannung des Verbindungselements zwischen der Leiterplatte und dem Trägerelement sicherstellen zu können.
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Besonders günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der der Federabschnitt zumindest zwei Federflügel aufweist, die sich radial von dem Halteabschnitt weg erstrecken. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, das Federelement bzw. den Federabschnitt mit einem möglichst geringen Materialaufwand herstellen zu können und dennoch die Federfunktion zu realisieren.
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Sehr einfach lässt sich eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes ferner realisieren, bei der das Federelement einen vom Halteabschnitt entfernten Außenbereich aufweist, der sich weiter von dem Kopfabschnitt weg erstreckt, als ein näher zum Haltabschnitt hin angeordneter Innenbereich des Federelements. Unter einem solchen, von Halteabschnitt entfernten Außenbereich kann beispielsweise ein Kragen-förmiger Rand des Federelements verstanden werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, durch eine einfache geometrische Ausformung des Materials oder der Struktur des Federelements bzw. Federabschnitts eine sehr günstige und Material-sparende Federfunktion realisieren zu können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann auch ein Dichtelement und/oder Dämpfungselement vorgesehen sein, das an einer dem Kopfabschnitt zugewandten Seite des Halteabschnitts angeordnet ist oder das an dem Kopfabschnitt angeordnet ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, einerseits eine Abdichtung beispielsweise eine Öffnung in der Leiterplatte vorzunehmen, durch welche das Verbindungselement zur Befestigung der Leiterplatte an dem Trägerelement geführt ist. Andererseits kann auch eine Übertragung von Schwingungen oder Vibrationen vom Trägerelement auf die Leiterplatte reduziert werden, wenn ein solches Dämpfungselement vorgesehen ist.
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Besonders günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der das Federelement bzw. der Federabschnitt zwischen dem Dicht- und/oder Dämpfungselement und dem Kopfabschnitt angeordnet ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, sowohl die Funktionen eines Dichtelements, Dämpfungselements als auch des Federelements bzw. Federabschnitts gemeinsam in dem Verbindungselement realisieren zu können.
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Um ein mögliches Spiel der Leiterplatte bei thermischen Ausdehnung den Betrieb der Leiterplatte realisieren zu können, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes der Halteabschnitt an einem dem Kopfbereich zugewandten Ende (d. h. dem Halsbereich) eine Verjüngung oder eine Verringerung eines Querschnitts gegenüber einem weiteren Bereich des Halteabschnitts aufweisen. Insbesondere kann diese Verjüngung derart ausgelegt sein, dass der Halteabschnitt im Bereich der Verjüngung einem kleineren Querschnitt aufweist, als beispielsweise eine Öffnung der Leiterplatte, durch welche das Verbindungselement zur Befestigung an dem Trägerelement geführt ist. Auf diese Weise lässt sich die Leiterplatte in Bezug zum Verbindungselement auch im befestigten Zustand an dem Trägerelement geringfügig um das Spiel zwischen den Querschnitten des Halteabschnitts im Halsbereich und der Öffnungsbreite der Leiterplatte verschieben. Auf diese Weise werden auch Spannungen in der Leiterplatte vermieden, die durch eine thermische Ausdehnung der Leiterplatte im Betrieb verursacht sein können, sodass beispielsweise die Lebensdauer der Leiterplatte erhöht werden kann.
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Besonders einfach in ein Trägerelement einsetzen lässt sich eine Ausführungsform eines Verbindungselementes, bei dem der Kopfabschnitt eine kreisförmige Grundfläche aufweist. Hierdurch lässt sich besonders einfach ein hinreichend großer und zentraler Druck auf das Verbindungselement ausüben, um den Halteabschnitt in beispielsweise eine Ausnehmung oder Öffnung des Trägerelements zu pressen. Eine sehr sichere Befestigung der Leiterplatte am Trägerelement ermöglicht eine weitere Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der eine Länge des Halteabschnitts maximal einem Durchmesser des Kopfabschnitts entspricht. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise, bei der eine hohe Federkraft der Haltestifte durch eine kurze Länge der Haltestifte gewährleistet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes wird eine Verbindungsanordnung zum Verbinden einer Leiterplatte an einem Trägerelement vorgeschlagenen, wobei die Leiterplatte mittels einer Variante eines hier vorgestellten Verbindungselementes an dem Trägerelement befestigt ist. Eine solche Ausführungsform lässt die Vorteile des hier vorgeschlagenen Verbindungselementes besonders vorteilhaft nutzen.
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Günstig ist weiterhin auch eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes als Verfahren zum Verbinden einer Leiterplatte mit einem Trägerelement, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- - Bereitstellen der Leiterplatte, des Trägerelementes sowie einer Variante eines hier vorgestellten Verbindungselementes; und
- - Befestigen der Leiterplatte an dem Trägerelement durch ein Einfügen des Verbindungselementes in eine Öffnung der Leiterplatte und ein nachfolgendes Einpressen des Verbindungselementes in eine Öffnung oder eine Ausnehmung des Trägerelementes.
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Durch die Verwendung des Verbindungselements gemäß einem Ausführungsbeispiel des vorstehend genannten Verfahrens lässt sich eine sehr einfache, sichere, kostengünstig und robuste Verbindung der Leiterplatte an dem Trägerelement sicherstellen.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Die vorliegende Erfindung kann in einer Leistungselektronik eingesetzt werden, die in einem Fahrzeug verbaut sein kann.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Verbindungselementes gemäß einem Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes;
- 2 eine Querschnittdarstellung einer Verbindungsanordnung mit einem Verbindungselement gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 1 in einem verbauten Zustand;
- 3 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiel eines V erbindu ngselementes;
- 4 eine Querschnittsdarstellung einer Verbindungsanordnung mit einem Verbindungselement gemäß der Darstellung aus 3 in einem verbauten Zustand;
- 5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Ansatzes als Verfahren zum Verbinden einer Leiterplatte mit einem Trägerelement; und
- 6 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Verbinden einer Leiterplatte mit einem Trägerelement.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Verbindungselementes 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes. Das Verbindungselement 100 umfasst einen Kopfabschnitt 105 sowie einen von dem Kopfabschnitt 105 abstehenden Halteabschnitt 110. Der Halteabschnitt 110 steht hierbei beispielsweise von einer Hauptoberfläche 115 des Kopfabschnitts 105 (beispielsweise in Richtung einer Normalen auf diese Hauptoberfläche 115) ab. Ferner weist der Halteabschnitt 110 zumindest einen Schlitz 120 auf, durch den der Halteabschnitt 110 in einen an den Kopfabschnitte 105 angrenzenden Teilbereich 125 als Halsbereich unterteilt ist, von dem separat abstehende Haltestifte 130 auf einem Kopfabschnitt 105 gegenüberliegenden Seite abstehen. Der Schlitz 120 trennt also einen weiter vom Kopfbereich 105 abstehenden Teil des Haltebereichs 110 in unterschiedliche Haltestifte 120. In dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Verbindungselementes 100 sind sogar zwei Schlitze 120 angedeutet, wobei der zweite Schlitz 120 aus der perspektivische Ansicht durch einen der Haltestifte 130 überdeckt ist. Insgesamt weist das Verbindungselement 100 gemäß dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel somit drei Haltestifte 130 auf.
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Weiterhin sind an jedem der Haltestifte 130 Rasthaken 135 an denjenigen Enden angeordnet, die dem Kopfabschnitt 105 gegenüberliegen. Durch diese Rasthaken 135 kann nun das Verbindungselement 100 an einem Fixpunkt eingerastet werden und sicher an oder in einer bestimmten Position gehalten werden, wie dies nachfolgend noch näher erläutert wird. Hierbei kann ausgenutzt werden, dass durch das Vorsehen des Schlitzes 120 bzw. der Schlitze 120 im Halteabschnitt 110 die Haltestifte 130 gegenüber dem Teilbereich bzw. Halsbereich 125 federnd ausgebildet sind, sodass beim Einstecken des Verbindungselements 100 in eine Öffnung die Rasthaken 135 zueinander gedrückt werden und mit einer Kraft radial nach außen drücken, sodass sie in einer Endposition wieder zurück, also nach außen schnappen und einrasten können.
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Weiterhin umfasst das Verbindungselement 100 zumindest ein Federelement 140 (welches synonym auch als Federabschnitt bezeichnet werden kann), wobei in dem Ausführungsbeispiel des Verbindungselements 100 gemäß der Darstellung aus der 1 drei solcher Federelemente 140 dargestellt sind bzw. die in der 1 dargestellten Federelemente 140 auch als Federflügel eines zusammenhängenden, integralen Felderelementes 140 verstanden werden können. Dieses Federelemente 140 bzw. diese Federelemente 140 erstrecken sich radial von der Achse weg, welche durch den Halteabschnitt 110 verläuft, wobei das Federelement 140 bzw. die Federelemente 140 ebenfalls von einem gemeinsamen Verbindungspunkt abstehen, an dem der Halteabschnitt 110 in den Kopfabschnitt 105 mündet. Das Federelement 140 bzw. die Federelemente 140 bilden somit praktisch einen Kragen um den Teilbereich 125 bzw. Halsbereich des Halteabschnitts 110. Das Federelemente 140 bzw. die Federelemente 140 sind hierbei derart aufgebaut, das sie ausgehend von einem inneren Abschnitt mit sehr geringer Dicke radial zu einem äußeren Abschnitt verlaufen, an dem sie eine größere Dicke aufweisen. Zweck des Federelements 140 bzw. der Federelemente 140 ist es hierbei, im befestigten Zustand des Verbindungselementes 100 einen Druck oder eine Kraft zwischen einer zu befestigenden Leiterplatte und dem Kopfabschnitt 105 des Verbindungselements 100 aufzubauen und somit die Leiterplatte an das Trägerelement zu drücken und ein sicheres Verbinden bzw. eine zuverlässige Befestigung des Verbindungselementes im Trägerelement zu bewirken.
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Weiterhin kann noch einen Dichtungs- und/oder Dämpfungselement 150 vorgesehen sein, welches in der Darstellung des Verbindungselementes 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1 gestrichelt dargestellt ist und welches so angeordnet ist, dass beispielsweise das Federelemente 140/die Federelemente 140 zwischen dem Kopfabschnitt 105 und dem Dichtungs- und/oder Dämpfungselement 150 angeordnet ist/sind. Auf diese Weise kann beispielsweise eine fluiddichte Abdichtung einer Öffnung in einer Leiterplatte erfolgen, durch welche der Halteabschnitt 110 gesteckt ist. Alternativ oder zusätzlich kann durch dieses Dichtungs- und/oder Dämpfungselemente 150 auch eine Dämpfung von Vibrationen und/oder Schwingungen erfolgen, die anderenfalls beispielsweise von einem Trägerelement auf die Leiterplatte oder umgekehrt übertragen würden.
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Auch kann eine Kombination aus dem Federelement 140 und dem Dichtungs- und/oder Dämpfungselement 150 vorgesehen sein, sodass beispielsweise das Dichtungs- und/oder Dämpfungselement eine geometrische Form mit einer radial zunehmenden oder vergrößerten Dicke aufweist und hierdurch eine Federkraft auf eine Leiterplatte ausüben kann, wenn sich das Verbindungselement 100 im befestigtem Zustand befindet.
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Zusätzlich kann auch im Verbindungselement 100 der Halsbereich 125 eine Verjüngung aufweisen, sodass beispielsweise eine Öffnung in der Leiterplatte größer ist, als der Querschnitt des Halteabschnitt 110 im Teilbereich 125 bzw. Halsbereich und somit ein mechanisches Spiel der Leiterplatte im Teilbereich bzw. Halsbereich 125 ermöglicht und hierdurch beispielsweise einen Ausgleich für ein thermisches Mismatch zulässt.
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Die in der 1 dargestellte Variante des Verbindungselements 100 umfasst somit Widerhaken in der Form von Rasthaken 135 mit (mindestens) zwei axialen Anlageflächen an einer Wand oder einem Einrastelement an oder hinter der Öffnung des Tägerelementes. Auf diese Weise ist auch das Verbindungselement 100 wieder leicht demontierbar. Eine gewünschte Federkraft kann ferner durch das Vorsehen von Einstellscheiben (Unterlegscheiben) oder über eine Geometrieänderung von Komponenten wie beispielsweise den in der 1 dargestellten Federelementen eingestellt werden.
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Ferner kann angemerkt werden, dass das Verbindungselement 100 zumindest teilweise, günstigerweise jedoch vollständig aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist, insbesondere wenn dieses Kunststoffmaterial elektrisch und/oder thermisch isolierend ist. Besonders effizient und kostengünstig lässt sich ein solches Verbindungselement 100 auch realisieren, wenn es einstückig gefertigt ist.
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2 zeigt eine Querschnittdarstellung eine Verbindungsanordnung 200 eines Verbindungselementes 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 1 in einem verbauten Zustand. Hierbei ist das Verbindungselement durch eine Öffnung 205 der Leiterplatte 210 und nachfolgend durch eine Öffnung 220 das Trägerelement 230 geführt. Das Trägerelement 230 kann beispielsweise ein Gehäuse sein, in welchem die Leiterplatte 210 befestigt werden soll. Zu erkennen ist ferner, dass der Teilbereich 125 (Halsbereich), an dem der Halteabschnitt 110 in dem Kopfbereich 105 mündet, einen geringeren Querschnitt aufweist, wodurch bei einer thermischen Ausdehnung der Leiterplatte 210 eine geringfügige Bewegung der Leiterplatte 210 auch im befestigtem Zustand am Trägerelement 230 mittels des Verbindungselementes 100 möglich ist. Ferner ist aus der 2 erkennbar, dass im befestigten Zustand die Rasthaken 135 Eingriff hinter einer Stufe 240 des Trägerelements 230 nehmen und somit das Verbindungselement 100 sicher in der gewünschten Position fixieren.
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3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiel eines Verbindungselementes 100. Gegenüber dem in der 1 dargestellten Verbindungselement 100 ist nun die Länge des Halteabschnitts 110 bei dem in der 3 dargestellten Verbindungselement 100 deutlich verkürzt und reicht beispielsweise nicht über den Durchmesser und des Kopfabschnitts 105 hinaus. Auf diese Weise wird ein sehr kompaktes und kleines Verbindungselement 100 realisiert, bei dem auch die Haltestifte 130 durch ihre geringe Länge eine deutlich höhere Federsteifigkeit aufweisen und somit bei einem Eindrücken des Verbindungselementes 100 in eine Öffnung eines Trägerelementes, wie der Öffnung 220 gemäß 2 eine höhere Reibung oder Kraft an die Öffnungswand des Trägerelementes übertragen. Auch kann der Halteabschnitt eine größere (beispielsweise radiale) Dicke aufweisen, als der Halteabschnitt 110 gemäß dem Ausführungsbeispiel aus der 1, wodurch ebenfalls eine höhere Federsteifigkeit der Haltestifte 130 resultiert, die zu einem sehr guten Fixierungsverhalten des Verbindungselementes 100 führt.
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4 zeigt eine Querschnittsdarstellung eine Verbindungsanordnung 200 eines Verbindungselements 100 gemäß der Darstellung aus 3 in einem verbauten Zustand. Gegenüber der in der 2 dargestellten Variante des verbauten Verbindungselementes 100 reichen nun die Haltestifte 130 nicht mehr vollständig durch diese Öffnung 220 des Trägerelementes 230 hindurch und hintergreifen die Stufe 240. Dennoch kann durch die Ausformung des Verbindungselementes 100 mit den kurzen Haltestiften 130 und der daraus resultierenden hohen Federsteifigkeit dieser Haltestifte 130 eine hohe Kraft auf die Innenwand der Öffnung 220 des Trägerelementes 230 ausgeübt werden, sodass auch ohne das Einrasten der Rasthaken 135 eines sicheren Befestigung der Leiterplatte 210 an dem Trägerelement 230 ermöglicht wird. Denkbar ist ferner noch eine Ausführungsform, bei der in der Innenwand der Öffnung 220 des Trägerelementes 230 Ausnehmungen zur Aufnahme der Rasthaken 135 vorgesehen sind, sodass auf diese Weise eine besonders sichere und zuverlässig haltende Verbindungsanordnung erstellt werden kann.
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Das in der 3 dargestellte Ausführungsbeispiel des Verbindungselements 100 ermöglicht hierbei eine axiale Fixierung der Leiterplatte 210 durch ein Verpressen über den einen hinreichend dimensionierten Durchmesser des Halteabschnitts 110. Es ist somit auch eine gegenüber der Darstellung aus 1 kürzere (und evtl. dickere) Bauform des Verbindungselementes 100 möglich, wobei hier ebenfalls ein Dichtungs- und/oder Dämpfungselement analog zu der Darstellung/Beschreibung aus der 1 verwendet werden kann.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Ansatzes als Verfahren 500 zum Verbinden einer Leiterplatte mit einem Trägerelement. Das Verfahren 500 umfasst einen Schritt 510 des Bereitstellens der Leiterplatte, des Trägerelementes sowie eines Ausführungsbeispiels eines hier vorgestellten Verbindungselementes. Ferner umfasst das Verfahren 500 einen Schritt 520 des Befestigens der Leiterplatte an dem Trägerelement durch ein Einfügen des Verbindungselementes in eine Öffnung der Leiterplatte und ein nachfolgendes Einpressen des Verbindungselementes in eine Öffnung oder eine Ausnehmung des Trägerelementes.
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6 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 600 zum Verbinden einer Leiterplatte mit einem Trägerelement. Die Vorrichtung 600 umfasst eine Bereitstellungseinheit 610 zum Bereitstellen der Leiterplatte, des Trägerelemente sowie eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Verbindungselementes. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Befestigungseinheit des 120 zum Befestigen der Leiterplatte an den Trägerelement durch ein Einfügen des Verbindungselementes in eine Öffnung der Leiterplatte und ein nachfolgendes Einpressen des Verbindungselementes in eine Öffnung oder einer Ausnehmung des Trägerelementes.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz lassen sich mehrere der vorstehend aufgeführten Nachteile lösen oder verbessern. Zum einen kann eine Reduzierung der Luft und Kriechstrecken ermöglicht werden, was zu einer Verringerung eines für die Verbindung erforderlichen Bauraums ermöglicht. Auch kann ein Ausgleich bei thermischen Mismatch vorgenommen werden und es können zusätzlich dichtende und/oder dämpfende Eigenschaften des Verbindungselementes realisiert werden (auch entkoppelt vom Gesamtverbund). Auch werden bei dem hier vorgestellten Ansatz keine zu montierenden Gewinde/Verschraubungen benötigt, was zu einer einfacheren Montage führt, ohne das Erfordernis, einen Anschraubvorgang vornehmen zu müssen inclusive beispielsweise auch die Schraubverbindung mit einem fest vorgegebenen Drehmoment anziehen zu müssen. Ferner kann das Verbindungselement als Clip oder als fester Einsatz ausgeführt sein (beispielsweise als Realisierung einer Verpressung).
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Die beschriebenen und in den Fig.en gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Verbindungselement
- 105
- Kopfabschnitt
- 110
- Halteabschnitt
- 115
- Hauptoberfläche
- 120
- Schlitz
- 125
- Teilbereich, Halsbereich
- 130
- Haltestift
- 135
- Rasthaken
- 140
- Federelement, Federabschnitt
- 150
- Dichtungs- und/oder Dämpfungselement
- 200
- Verbindungsanordnung
- 205
- Öffnung der Leiterplatte
- 210
- Leiterplatte
- 220
- Öffnung des Trägerelements
- 230
- Trägerelement, Gehäuse
- 240
- Stufe des Trägerelementes/Gehäuses
- 500
- Verfahren zum Verbinden einer Leiterplatte mit einem Trägerelement
- 510
- Schritt des Bereitstellens
- 520
- Schritt des Befestigens
- 600
- Vorrichtung zum Verbinden einer Leiterplatte mit einem Trägerelement
- 610
- Bereitstellungseinheit
- 620
- Befestigungseinheit
