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Die Erfindung betrifft im Allgemeinen die Zentrierung und Fixierung einer Leiterplatte innerhalb des Gehäuses einer elektronischen Steuereinheit.
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Im Stand der Technik sind solche Steuergeräte, insbesondere USB-Boxen, bekannt, die mit zumindest einer Leiterplatte versehen sind, die innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind. Die Gehäuse weisen dabei Öffnungen auf, die es ermöglichen, dass externe Steckverbindungsteile mit auf der Leiterplatte platzierten, dazu kompatiblen Steckverbindungsteilen verbunden werden können.
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Die Leiterplatte muss dabei präzise innerhalb des Gehäuses zentriert werden, so dass die Steckverbinder vorhersehbar nach der Verbindung positioniert sind, wobei Zentrierungstopologien verwendet werden, die Zentrierpins aufweisen, die in Zentrierlöcher eingreifen. Die Fixierung der Leiterplatte wird außerdem innerhalb der Box erreicht, so dass bei der Benutzung kein Klappern oder eine Dezentrierung der Leiterplatte auftreten kann.
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Die Fixierung erfolgt gemäß dem Stand der Technik durch Schrauben oder elastische Schnappverschlüsse. Die Zentrierung erfolgt durch Zentrierungsstifte und Zentrierungslöcher. Die Fixierung und Zentrierungsbereiche nehmen einen erheblichen Anteil an der Leiterplattenfläche ein, wodurch der Anteil, der für Bauteile zur Verfügung steht, verringert wird.
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Die
DE 20 2015 106 042 U1 beschreibt eine Leiterplatte zur Aufnahme in ein Gerätegehäuse mit Leiterbahnen zur elektrisch leitenden Kontaktierung elektrischer Bauelemente wobei die Leiterplatte einen einteilig oder stoffschlüssig aus der Leiterplatte ausgebildeten Federarm hat, der sich zum Aufbringen einer zwischen zwei einander gegenüberliegenden Seitenkanten der Leiterplatten wirkenden Klemmkraft zum Einklemmen der Leiterplatte an den einander gegenüberliegenden Seitenkanten in das Gerätegehäuse auf der Ebene der Leiterplatte erstreckt.
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In der
DE 10 2005 046 053 A1 wird eine elektrische Vorrichtung mit einer Leiterplatte und einem Bauteil beschrieben, welche über eine Klemmverbindung mechanisch und elektrisch miteinander verbunden sind. Die Klemmverbindung ist bauteilseitig als ein mindestens einen Klemmbereich der Leiterplatte wenigstens bereichsweise aufnehmender, federnd ausgebildeter und einstückig mit dem Bauteil ausgeführter Haltebereich ausgebildet.
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Die
DE 10 2009 008 527 A1 offenbart ein elektronisches Gerät mit einem Gehäuse, nämlich einem ersten Gehäuseteil, einem Gehäusedeckel, nämlich einem zweiten Gehäuseteil, und zumindest einer in diesem Gehäuse angeordneten Platte, insbesondere einer mit elektronischen Bauteilen bestückten Leiterplatte. Zur kostengünstigen und rüttelfesten und dauerhaften Fixierung der Leiterplatte im Gehäuse wird der Boden des Gehäuses am Rande des Bodens mit einer ersten Gruppe von zumindest einer stegförmigen zur Gehäuseöffnung gerichteten Ausformung versehen. Der Gehäusedeckel wird auf der zum Gehäuseboden gerichteten Innenseite eine zweite Gruppe von zumindest einer stegförmigen zum Gehäuseboden gerichteten Ausformung versehen. Die erste Gruppe von Ausformungen drückt nach dem Zusammenbau des Geräts bzw. nachdem der Gehäusedeckel auf das Gehäuse gefügt ist, die zweite Gruppe von Ausformungen in Richtung zur Gehäusemitte derart, dass das freiliegende Ende der ersten Gruppe von Ausformungen von Gehäuseseitenwänden hinweg in Richtung zur Gehäusemitte elastisch oder plasto-elastisch verformt und die im Gehäuse angeordnete Leiterplatte seitlich in Richtung zum Gehäuseboden drückt und so die Leiterplatte im Gehäuse fest fixiert.
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Die
DE 10 2010 034 975 A1 offenbart eine elektronische Schaltung. Diese ist auf mindestens einer Leiterplatte angeordnet, die von einem zweiteiligen Gehäuse umschlossen ist. Die Schaltung ist mit einem Anschluss elektrisch verbunden. Die Schaltung soll wenig Bauraum beanspruchen und hierbei preiswert zu fertigen und zu montieren sein. Dies wird dadurch erreicht, dass die Leiterplatten in zwei Ebenen parallel zueinander angeordnet und mit vorbestimmtem gegenseitigem Abstand durch mindestens zwei in dem Gehäuse angeordnete Fixierstifte gehalten sind, wobei jeder der Fixierstifte eine Anzahl von Stufen aufweist, die der Anzahl der Leiterplatten entspricht.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Gehäuse für eine auf einer Leiterplatte angeordneten elektronische Schaltung anzugeben, das auf einfache Weise zusammengebaut werden kann und dabei eine hohe Positionsgenauigkeit und - festigkeit der Leiterplatte ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch ein Gehäuse nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Demnach weist ein erfindungsgemäßes Gehäuse für eine elektronische Schaltung ein Gehäuseunterteil, ein Gehäuseoberteil und eine in dem Gehäuse angeordnete, zur Aufnahme der elektronischen Schaltung dienenden Leiterplatte auf. Das Gehäuseunterteil ist wannenförmig ausgebildet und weist an zumindest zwei gegenüberliegenden Innenwänden jeweils zumindest zwei Stützelemente für die Leiterplatte und außerdem an zumindest zwei gegenüberliegenden Innenwänden jeweils zumindest eine Positionsfixierungsanformung auf, die dazu dient, in einen hierzu passenden Fixierungsschlitz in der Leiterplatte zu deren Lagefixierung einzugreifen. Das Gehäuseunterteil weist außerdem an zumindest zwei gegenüberliegenden Außenwänden jeweils einen ersten Teil einer Rastvorrichtung zur Verbindung mit dem Gehäuseoberteil auf. Die Leiterplatte ist rechteckig ausgebildet und weist an zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten Stabilisierungsschlitze zur Aufnahme der Positionsfixierungsanformungen des Gehäuseunterteils auf. Die Leiterplatte weist an ihren vier Ecken jeweils einen Schlitz auf, der parallel zu der Innenwand des Gehäuseunterteils verläuft, an der die Stützelemente angebracht sind, wobei die Länge eines Schlitzes größer ist als der Abstand des Schlitzes zur benachbarten Leiterplattenkante, so dass an jeder Ecke der Leiterplatte eine längliche, federnde Fahne gebildet ist. Die Stützelemente sind derart im Gehäuseunterteil angeordnet, dass die Leiterplatte mit Auflagebereichen auf ihnen zu liegen kommen, die in direkter Verlängerung der Enden der federnden Fahnen liegen. Das Gehäuseoberteil ist wannenförmig ausgebildet und weist an seinen vier Ecken aus der Ebene des Gehäuseoberteilrandes hervorragende Zapfen auf, die dazu bestimmt sind, die an der Leiterplatte ausgebildeten Fahnen im zusammengebauten Zustand des Gehäuses aus der Leiterplattenebene in das Gehäuseunterteil zu drücken, und weist außerdem an zumindest zwei gegenüberliegenden Außenwänden jeweils einen zweiten Teil der Rastvorrichtung zur Verbindung mit dem Gehäuseunterteil auf.
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Die Stützelemente bilden ein Gegenlager für die Zapfen, die die Fahnen der Leiterplatte nach unten drücken. Hierdurch wird ein Zusammenbaukonzept eines Deckel und eines Bodenteils eines Gehäuses beschrieben, das keine Schrauben oder andere zusätzliche Befestigungselemente für eine darin anzuordnende Leiterplatte erfordert.
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In einer vorteilhaften Ausbildung des Gehäuses ist die Rastvorrichtung mit einer Rastnase als erstem Teil und einem federnden Bügel als zweitem Teil oder umgekehrt gebildet.
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Hierdurch wird eine besonders einfache Verbindung des Gehäuseunterteils mit dem Gehäuseoberteil realisiert.
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In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gehäuses kann an jeder Innenwand des Gehäuseunterteils zumindest eine Positionsfixierungsanformung angeordnet, insbesondere bei der Herstellung des Gehäuseunterteils mit angeformt werden.
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Die Positionsfixierungsanordnungen können sowohl als Zapfen oder Nasen oder in vorteilhafter Weise als Gehäuserippen ausgebildet sein.
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Auch die Stützelemente können vorteilhaft als Gehäuserippen ausgebildet sein.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mithilfe von Figuren näher beschrieben werden. Dabei zeigen:
- 1 bis 5 Seitenansichten eines erfindungsgemäßen Gehäuses,
- 6 bis 8 die in der 4 gezeigten Schnitte durch das Gehäuse an verschiedenen Stellen,
- 9 bis 11 die in den 6 bis 8 angedeuteten Ausschnitte,
- 12 den in der 8 angedeuteten Ausschnitt A,
- 13 den in der 14 angedeuteten Ausschnitt E,
- 14 den in der 4 angedeuteten Querschnitt D-D,
- 15 den in der 2 angedeuteten Querschnitt E-E,
- 16 den in der 15 angedeuteten Ausschnitt H,
- 17 eine perspektivische Darstellung des Gehäuseunterteils,
- 18 eine perspektivische Darstellung der Leiterplatte,
- 19 eine perspektivische Darstellung des Gehäuseunterteils mit eingesetzter, durchsichtig dargestellter Leiterplatte,
- 20 eine perspektivische Darstellung des Gehäuseunterteils, der durchsichtig dargestellten Leiterplatte und des durchsichtig dargestellten Gehäuseoberteils.
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Die 1 bis 5 zeigen verschiedene Ansichten eines Gehäuses 1, mit einem Gehäuseunterteil 2 und einem Gehäuseoberteil 3. Die Bezugszeichen sind nur in einigen Figuren dargestellt, um die Übersichtlichkeit zu wahren. Einem Fachmann erschließen sich die Einzelheiten ohne Weiteres aufgrund seiner Kenntnisse in Werkstattzeichnungen.
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Das Gehäuseunterteil 2 weist einen ersten Teil einer Rastvorrichtung 10 und das Gehäuseoberteil 3 einen zweiten Teil einer Rastvorrichtung 11 auf. Der erste Teil der Rastvorrichtung 10 ist dabei im dargestellten Beispiel als Rastnase ausgebildet, während der zweite Teil der Rastvorrichtung 11 als elastischer Bügel ausgebildet ist, der über die Rastnase 10 geklipst werden kann. Es versteht sich von selbst, dass die Teile austauschbar sind und auch durch andere Arten von Schnappverbindungen oder andere Arten von sonstigen Verbindungen realisiert werden können. Wesentlich ist, dass die Gehäuseteile lösbar miteinander verbunden sind.
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In der 3 ist in einer Seitenansicht eine erste Steckeröffnung 20 im Gehäuseoberteil und in der Seitenansicht der 5 zwei weitere zweite Steckeröffnungen 21 sowohl im Gehäuseoberteil als auch im Gehäuseunterteil dargestellt. Die ersten und zweiten Steckeröffnungen 20, 21 dienen der Ermöglichung der Verbindung externer Steckverbinderteile, beispielsweise Steckern, mit auf der Leiterplatte 4 montierten internen Steckverbinderteilen, beispielsweise Buchsen.
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Die im Folgenden dargestellte erfindungsgemäße Positionierung und Fixierung der Leiterplatte, die einen Teil der Steckverbindungen trägt, dient in erster Linie dazu, diese Steckverbindungen mechanisch stabil zu gestalten, ohne dabei auf Schraubverbindungen oder sonstige aufwendige Verbindungen zurückgreifen zu müssen.
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Die 6 zeigt einen Schnitt durch die in der 4 angedeutete Linie A-A und zeigt dabei das Gehäuseunterteil 2 sowie das Gehäuseoberteil 3 mit der darin angeordneten Leiterplatte 4, die auf Stützelementen 6 im Gehäuseunterteil 2 aufliegt. Zu sehen sind in diesem Schnitt außerdem die erste Steckeröffnung 20 sowie der zweite Teil der Rastvorrichtung 11, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als Bügel ausgebildet ist, der über eine (hier nicht zu erkennende) Rastnase schnappen kann. Zu sehen ist außerdem eine Positionsfixierungsanformung 7, die als Gehäuserippe im Gehäuseunterteil 2 ausgebildet ist und, wie insbesondere den 14 und 18 zu entnehmen ist, in Fixierungsschlitze 8 in der Leiterplatte 4 eingreift.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Positionsfixierungsanformungen 7 als Gehäuserippen im Gehäuseunterteil 2 ausgeführt, sie können jedoch auch als Nasen oder Zapfen an das Gehäuseunterteil 2 angeformt sein und lediglich etwa die Dicke der Leiterplatte 4 haben. Wesentlich ist, dass sie eine Leiterplatte 4, die auf den Stützelementen 6 aufliegt, in ihrer Position fixieren.
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In der 7 ist ein Schnitt B-B durch das Gehäuse 1 dargestellt, der an der Stelle der Rastvorrichtung liegt, wobei hier auch der erste Teil der Rastvorrichtung 10 in Form einer Rastnase zu erkennen ist. Es sind außerdem auch seitliche Positionsfixierungsanformungen 7 zu erkennen, die in (hier nicht zu erkennende) Fixierungsschlitze 8 der Leiterplatte 4 eingreifen.
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Einen Querschnitt an der Stelle C-C, wie er aus der 4 zu entnehmen ist, zeigt die 8, wobei hier Stützelemente 6 zu erkennen sind, auf denen die Leiterplatte 4 aufliegt. Außerdem ist eine Positionsfixierungsanformung 7 im Schnitt zu erkennen, da der Schnitt C-C nahe an einer Wand des Gehäuseunterteils 2 verläuft.
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Ebenfalls zu erkennen sind längliche, federnde Fahnen 16, die Bestandteil der Leiterplatte 4 sind, die später im Detail beschrieben werden. Diese Fahnen 16 werden durch Zapfen 19, die an das Gehäuseoberteil 3 angeformt sind, aus der Ebene der Leiterplatte 4 in das Gehäuseunterteil 2 gedrückt, um die Leiterplatte 4 im Gehäuse 1 mechanisch zu fixieren.
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Die 9 zeigt eine Detailansicht D der 6, in der ein Stützelement 6, auf dem die Leiterplatte 4 aufliegt, deutlich zu erkennen ist. Außerdem ist im Hintergrund eine Positionsfixierungsanformung 7 zu erkennen.
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Die Detailansicht C der 7 ist in der 10 dargestellt. Hier ist einerseits eine Positionsfixierungsanformung 7 zu erkennen, die in einem (nicht zu erkennenden) Fixierungsschlitz 8 der Leiterplatte 4 eingreift. Außerdem ist zu erkennen, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel der erste Teil einer Rastvorrichtung 10, der als Rastnase ausgebildet ist, an der Außenwand 9 des Gehäuseunterteils 2 angeformt ist. Außerdem ist zu erkennen, dass der zweite Teil der Rastvorrichtung 11, der als Bügel ausgebildet ist, an das Gehäuseoberteil 3 angeformt ist.
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Die Positionsfixierungsanformung 7 ist als Gehäuserippe im Gehäuseunterteil 2 ausgebildet und an die Gehäuseinnenwand 5 angeformt. All diese angeformten Bestandteile des Gehäuseunterteils 2 und auch des Gehäuseoberteils 3 können im Spritzgussverfahren hergestellt werden.
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Die 11 zeigt eine Detailansicht B der 8 und zeigt insbesondere einen Fixierungsschlitz 8, in den eine Positionsfixierungsanformung 7 eingreift, um die Leiterplatte 4 in ihrer Position zu fixieren.
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Eine Detailansicht A der 8 ist in der 12 dargestellt, während eine Detailansicht E der 14 in der 13 dargestellt ist und eine Draufsicht auf die Darstellung der 12 zeigt. Zu erkennen ist ein Schlitz 13 in der Leiterplatte 4, der parallel zur Leiterplattenkante 14 verläuft und länger ist als der Abstand des Schlitzes 13 zur Leiterplattenkante 14. Hierdurch wird eine längliche, federnde Fahne 16 an der Leiterplatte 4 ausgebildet, die durch einen Zapfen 19, der an das Gehäuseoberteil 3 angeformt ist und aus der Ebene des Gehäuseoberteilrandes 18 hervorspringt, in das Gehäuseunterteil 2 gedrückt, wobei ein Stützelement 6 als Gegenlager für den Zapfen 19 dient.
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Solche, durch Schlitze 13 entstandene Fahnen 16 sind an jeder Ecke 15 der Leiterplatte ausgebildet, wobei im Gehäuseunterteil 2 benachbart zum Ende der länglichen, federnden Fahnen 16 die Stützelemente 6 vorzugsweise rippenförmig im Gehäuseunterteil 2 angeformt sind.
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Die 14 zeigt einen Schnitt D-D wie er in der 4 angedeutet ist und geht durch das Gehäuseoberteil 3 und zeigt damit eine Draufsicht auf die Leiterplatte 4. Hier sind, neben den bereits im Detail in Verbindung mit der 13 beschriebenen länglichen, federnden Fahnen 16, die durch den Schlitz 13 in der Leiterplatte 4 entstehen und durch einen Zapfen 19 im Gehäuseoberteil 3 in das Gehäuseunterteil hineingedrückt werden, außerdem Positionsfixierungsanformungen 7 zu erkennen, die in Fixierungsschlitze 8 der Leiterplatte 4 eingreifen, um diese mechanisch zu fixieren.
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Die 15 zeigt insbesondere, wie durch die Zapfen 19, die an das Gehäuseoberteil 3 angeformt sind und aus der Ebene des Gehäuseoberteilrandes 18 herausragen, die länglichen, federnden Fahnen 16 aus der Ebene der Leiterplatte 4 in das Gehäuseunterteil 2 hineingedrückt werden und die Leiterplatte 4 dabei durch die Stützelemente 6, die als Gegenlage für die Zapfen 19 dienen, fixiert wird.
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In der 16 ist hierbei eine Detailansicht H dargestellt, aus der das eben Beschriebene deutlicher hervorgeht.
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In den 17 bis 20 sind perspektivische Ansichten des Gehäuses 1 bzw. des Gehäuseunterteils 2 in einer perspektivischen Ansicht teilweise durchsichtig dargestellt.
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Dargestellt sind die im Gehäuseunterteil 2 an dessen Innenwand 5 angeformten Stützelemente 6 und Positionsfixierungsanformungen 7, die beide als Gehäuserippen ausgebildet sind. Außerdem ist die an das Gehäuseunterteil 2 an dessen Außenwand 9 angeformte Rastnase als erster Teil einer Rastvorrichtung 10 dargestellt.
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In der 18 ist eine perspektivische Darstellung der Leiterplatte 4 gezeigt, in der insbesondere die Fixierungsschlitze 8, die Schlitze 13 mit der dadurch entstandenen Fahne 16 in den Ecken 15 der Leiterplatte 4 zu erkennen sind. Zu erkennen ist auch, dass die Schlitze 13 parallel zu der ihnen benachbarten Leiterplattenkante 14 verlaufen und deutlich länger sind als der Abstand zu dieser Leiterplattenkante 14. Angedeutet ist auch ein Auflagebereich 17 der Leiterplatte 4, der jeweils benachbart zum Ende einer Fahne 16 ausgebildet ist, und zur Auflage auf Stützelementen 6 im Gehäuseunterteil 2 dient. In der 19 ist die Leiterplatte 4 dargestellt, sodass die Bestandteile des Gehäuseunterteils 2, wie sie bereits zur 17 beschrieben wurden, zu erkennen sind und in ihrem Zusammenwirken mit den erfindungsgemäßen Elementen der Leiterplatte 4 verdeutlicht werden.
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Schließlich ist in der 20 noch in einer durchsichtigen Darstellung das Gehäuseoberteil 3 gezeigt, das auf das Gehäuseunterteil 2 aufgesetzt ist und mittels der Rastvorrichtung 10, 11 mit diesem verrastet ist, sodass die Zapfen 19, die an das Gehäuseoberteil 3 angeformt sind, auf den länglichen, federnden Fahnen 16 aufsetzen und diese, abgestützt durch die Auflage der Leiterplatte 4 auf die Stützelemente 6, in das Gehäuseunterteil 2 hineindrücken, (was in der 20 jedoch nicht deutlich dargestellt ist), sodass die Leiterplatte 4 in dem Gehäuse 1 festgeklemmt wird und zudem durch die in Fixierungsschlitzen 8 der Leiterplatte 4 positionierten Positionsfixierungsanformung 7 des Gehäuseunterteils 2 fixiert wird.
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Es wurde also die Geometrie einer Steuereinheit beschrieben, die im Wesentlichen aus drei Komponenten besteht: Gehäuseunterteil, Leiterplatte und Gehäuseoberteil. Die Teile bieten Schutz und gleichermaßen ein Zusammenbauverfahren, das für Serienfertigung geeignet ist. Die Erfindung kann dabei für jede Art von Steckverbindungen Anwendung finden, die bei der Steuereinheit verwendet werden sollen.
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Das Gehäuseunterteil weist zusammenfassend folgende Topologiemerkmale auf:
- - vier Abstützbereiche, auf denen die Leiterplatte während des Zusammenbaus aufliegt,
- - zumindest zwei, vorzugsweise vier Positionsfixierungsanformungen, durch die die Leiterplatte beim Zusammenbau im Gehäuseunterteil in ihrer Lage festgehalten wird,
- - zwei außerhalb des Gehäuses angeordnete Rastnasen oder Rastvorsprünge, die zur Verbindung mit dem Gehäuseoberteil dienen, das entsprechende Gegenstücke aufweist.
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Die Leiterplatte hat folgende Ausgestaltungen:
- - zumindest zwei, vorzugsweise vier Fixierungsschlitze, die mit den Positionsfixierungsanformungen des Gehäuseunterteils zusammenwirken,
- - vier längliche, flexible Fahnen in den Ecken der Leiterplatte. Diese Fahnen an den Leiterplatten können durch konventionelle Fertigungsmethoden hergestellt werden, beispielsweise durch Aussägen eines Schlitzes. Jede Fahne weist einen Bereich auf, wo im weiteren Zusammenbau des Gehäuses aufgrund von überstehenden Zapfen am Gehäuseoberteil die Fahnen aus der Ebene der Leiterplatte herausgebogen werden.
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Die Leiterplatte weist beispielsweise Dimensionen auf, die zu einer Gesamtfläche von 9800 mm2 führen. Eine Fläche, die nicht für Bauteile benutzt werden kann, da sie für die Zentrierung und Fixierung der Leiterplatte im Gehäuseunterteil dient, nimmt etwa 180 bis 200 mm2 ein. Dies führt in Konsequenz zu einem Flächenanteil von etwa 2 %.
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Das Gehäuseoberteil weist folgende Merkmale auf:
- - vier aus der Ebene des Randes des Gehäuseoberteils hervortretende Zapfen, die auf den Leiterplattenfahnen aufsitzen und diese im fertig montierten Zustand verbiegen,
- - zumindest zwei, vorzugsweise vier Positionsfixierungsanformungen, die mit den Zentrierungsvorsprüngen des Gehäuseunterteils und den Zentrierungsausnehmungen der Leiterplatte fluchten und mit diesen im zusammengebauten Zustand zusammenwirken,
- - weiterhin zwei Schnapphaken, die mit den Rastnasen des Gehäuseunterteils zusammenwirken, um Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil zusammen zu halten.
