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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leiterplatten-Layout zur spielfreien mechanischen Fixierung von Befestigungsbuchsen. Insbesondere wird die Leiterplatte im Automobilbereich verwendet.
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Zur Befestigung von Modulen oder Komponenten auf Leiterplatten werden diese auf der Leiterplatte zuerst positioniert. Dies erfolgt, indem diese an vorgesehenen Stellen mittels Kunststoff- oder Metallpins, einer oder mehreren Befestigungsbuchsen oder anderen, geeigneten Geometrien in dafür vorgesehene Öffnungen der Leiterplatte eingesteckt und damit positioniert werden. Dabei muss die Passung zwischen den beiden Fügepartnern so gewählt werden, dass der Pin in die entsprechende Öffnung in der Leiterplatte passt. Die Toleranzen der Einzelteile müssen dabei beachtet werden, wobei immer ein gewisser Spalt zu akzeptieren ist. Damit kann das Modul bzw. die Komponente aber nicht sehr exakt auf der Leiterplatte positioniert werden, weil sie durch den Spalt immer noch beweglich ist und damit ein immer gleicher Zusammenbau erschwert wird.
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Es gibt Anwendungen, bei denen ein solcher Spalt nicht möglich ist, z.B. weil aufgrund von Toleranzberechnungen etc. eine bessere (passgenauere) Positionierung nötig ist. In diesem Fall werden oft Kunststoffrippen verwendet, die sich dann verformen sollen. Diese Rippen haben aber den Nachteil, dass sich bei der Montage des Moduls auf die Leiterplatte an den scharfen Kanten der gefrästen Leiterplatte ein Span abzieht. Wenn die Module Metallbuchsen oder -stifte haben, ist ein Schließen des Spaltes mit solchen „Klemmrippen“ gar nicht möglich.
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Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Leiterplatte, genauer ein Leiterplatten-Layout, bereitzustellen, durch welches diese Probleme überwunden werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorgeschlagen wird eine Leiterplatte, aufweisend an vorgegebenen Bereichen davon Öffnungen, in welche jeweils eine Befestigungsbuchse, aufweisend einen vorgegebenen Durchmesser, von an der Leiterplatte zu befestigenden Komponenten bei Montage eingebracht wird. Die Öffnungen sind derart gebildet, dass mindestens zwei Federn aus der Leiterplatte gebildet sind, die einen Raum bilden, in den die Befestigungsbuchse bei Montage eingebracht wird. Die Federn bilden den Raum derart, dass sie die Befestigungsbuchse nach Montage einklemmen.
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Durch die Lösung, die Leiterplatte derart zu bearbeiten, dass um die Befestigungsbuchse der auf der Leiterplatte zu montierenden Komponente Federn angeordnet werden, welche aus der Leiterplatte selbst gebildet sind, z.B. herausgefräst, kann je nach Ausgestaltung der Federn eine Presspassung erreicht werden. Das heißt, dass die Befestigungsbuchse durch die Federn eingeklemmt wird und dadurch nicht mehr verrutschen kann. Somit kann eine im Wesentlichen spielfreie und spanfreie Montage der Komponenten erfolgen.
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In einer Ausführung sind alle Federn geschlossen oder einseitig offen. Alternativ sind sowohl geschlossene als auch einseitig offene Federn vorgesehen.
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In einer Ausführung sind zwei Federn vorgesehen, die parallel zueinander angeordnet sind. Somit kann ein Toleranzausgleich in eine Richtung erfolgen.
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In einer Ausführung sind vier Federn vorgesehen, von denen jeweils zwei parallel zueinander angeordnet sind. In einer Ausführung sind drei Federn vorgesehen, die in einem Winkel derart zueinander angeordnet sind, dass der durch sie gebildete Raum einem Dreieck entspricht. Somit ist zwar kein Toleranzausgleich in Leiterplattenebene (X und Y Richtung) möglich, aber die Komponente wird über die Befestigungsbuchse an einer exakten Position gehalten.
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In einer Ausführung sind die Federn als elastisch verformbare Stege aus der Leiterplatte gebildet. Vorteilhaft sind sie herausgefräst. Durch die Dicke der Stege kann bestimmt werden, mit welcher Kraft die Federn die Befestigungsbuchse einklemmen.
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In einer Ausführung ist der Raum, den die Federn bilden, derart dimensioniert, dass die Federn die Befestigungsbuchse auch einklemmen, wenn deren Durchmesser innerhalb einer vorgegebenen Toleranz variiert. Dies ist nötig, da aufgrund von Fertigungstoleranzen geringfügige, bekannte Abweichungen im Durchmesser der Befestigungsbuchse auftreten können.
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In einer Ausführung sind an der Leiterplatte zu befestigende Komponenten eines oder eine Kombination aus Sensoren, umfassend Drucksensoren, Elektronikbauteilen, Rahmenelementen, oder Deckeln.
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Ferner wird die Verwendung einer Leiterplatte in einer Getriebesteuerung eines Fahrzeugs vorgeschlagen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
- 1 zeigt eine Darstellung einer ersten Ausführung eines Leiterplatten-Layouts gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine Darstellung einer zweiten Ausführung eines Leiterplatten-Layouts gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt eine Darstellung einer dritten Ausführung eines Leiterplatten-Layouts gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 4 zeigt eine Darstellung einer vierten Ausführung eines Leiterplatten-Layouts gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 5 zeigt eine Darstellung einer fünften Ausführung eines Leiterplatten-Layouts gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 6 zeigt eine Darstellung einer sechsten Ausführung eines Leiterplatten-Layouts gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Befestigungsbuchsen 20 sind Teil der an der Leiterplatte 10 zu befestigenden Komponente und dienen als mechanische Ausrichtpunkte für die Komponente auf der Leiterplatte 10. Somit kann die Komponente exakt an der dafür vorgesehenen Stelle auf der Leiterplatte 10 platziert werden und es können somit weitere Bauelemente exakt daran, daneben oder darauf platziert werden.
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Die Öffnungen in der Leiterplatte 10 sind wie bisher üblich Durchgangsöffnungen. Allerdings sind die Öffnungen an den Außenbereichen davon als Federn 1, 2 bzw. federnde Elemente gebildet. Die Federn 1, 2 können dabei einseitig offene Federn 1 sein, wie in 1, 3 und 5 gezeigt. Alternativ können sie als geschlossene Federn 2 gebildet sein, wie in 2, 4 und 6 gezeigt. Hierfür werden in einem Abstand zur Öffnung Schlitze 3 in die Leiterplatte eingebracht, so dass Stege entstehen, welche als Federn 2 dienen.
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Je nach Anzahl der Federn 1, 2 können Verschiebungen in eine Richtung entlang der Leiterplattenebene (X oder Y) zum Toleranzausgleich erfolgen. Auch kann die Klemmkraft durch die Wahl der Anzahl der Federn 1, 2, sowie durch die Dicke und Länge der Federn 1, 2 (also der Stege) und durch die Ausgestaltung (einseitig offen oder geschlossen) angepasst werden.
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Die Federn 1, 2 bilden also einen Raum innerhalb der Öffnung, in den die Befestigungsbuchse 20 eingebracht und durch die Federn 1, 2 eingeklemmt wird. Es ist also eine spielfreie bzw. Presspassung vorhanden. Wichtig ist, dass der Raum und die Federn 1, 2 (also die Federkraft der Stege) so dimensioniert ist, dass für Befestigungsbuchsen 20, die aufgrund Fertigungstoleranzen einen kleineren Durchmesser aufweisen als vorgesehen, trotzdem eine Presspassung erfolgt. Die Fertigungstoleranzen sind in der Regel bekannt, so dass die Federn 1, 2 entsprechend dimensioniert werden können.
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Um eine Presspassung der Befestigungsbuchsen 20 zu erreichen, können unterschiedliche Layouts verwendet werden, wie nachfolgend beschrieben. Es können auch unterschiedliche Layouts auf einer Leiterplatte 10 realisiert sein, um für Komponenten einen Toleranzausgleich oder eine exakte Positionierung ohne Möglichkeit zum Verschieben in eine oder beide Richtungen der Leiterplattenebene zu ermöglichen.
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Bei der Verwendung von zwei Federn, wie in 1 und 2 gezeigt, wird durch die Federn 1, 2 ein Loslager gebildet, bei dem eine Verschiebung der Befestigungsbuchse 20 in einer Richtung (X oder Y, immer in der Leiterplattenebene betrachtet) möglich ist, während die Befestigungsbuchse 20 in der anderen Richtung nicht verschoben werden kann. Die Federn 1, 2 sind parallel zueinander angeordnet und liegen einander über die Öffnung hinweg gegenüber. Bei der Verwendung von einseitig offenen Federn 1 können beide in dieselbe Richtung offen sein, wie in 1 gezeigt, oder in entgegengesetzte Richtungen.
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Bei der Verwendung von drei oder bevorzugt vier Federn 1, 2, wie in 3 bis 6 gezeigt, wird durch die Federn 1, 2 ein Festlager gebildet, bei dem eine Verschiebung der Befestigungsbuchse 20 in keiner Richtung (X oder Y, immer in der Leiterplattenebene betrachtet) möglich ist. Bei einseitig offenen Federn 1 zeigt das offene Ende vorteilhaft zu dem geschlossenen Ende der benachbarten Feder 1. Bei geschlossenen Federn 2 entspricht die Länge des Schlitzes 3 in der Leiterplatte 10 dem Durchmesser der Befestigungsbuchse 20 oder ist geringfügig länger, je nach Ausführung bzw. Anzahl der Federn 2. Die Federn 1, 2 im Falle, dass vier Federn 1, 2 verwendet werden, sind parallel zueinander angeordnet und liegen einander über die Öffnung hinweg gegenüber, wie in 5 und 6 gezeigt.
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Um die Schlitze 3 in der Leiterplatte 10 zu erhalten, wird die Leiterplatte 10 vorteilhaft gefräst. Die Federn 1, 2 sind, wie bereits erwähnt, als Stege gebildet. Diese sind so dünn, dass sie elastisch verformbar sind, um die Befestigungsbuchse 20 aufzunehmen und dann zu klemmen. Die Dicke der Federn 1, 2 (also der Stege) ist je nach Material der Leiterplatte 10, Größe der Befestigungsbuchse 20, und Schwere der zu befestigenden Komponente, gewünschter Klemmkraft und gegebenenfalls weiteren Kriterien zu wählen.
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Bei der Montage werden die Stege durch die Befestigungsbuchse 20 nur etwas zur Seite gedrückt. Die Verformung erfolgt dabei nur im elastischen Bereich. Durch die Federkraft des Leiterplattenmaterials wird die Komponente sauber zentriert und sogar etwas geklemmt, was weitere Arbeitsschritte wie Transport, weitere Montageschritte, etc. erleichtert.
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Die Erfindung ist nicht auf zwei, drei oder vier Federn 1, 2 beschränkt. Es können auch mehr als vier Federn 1, 2 vorgesehen werden, sofern dies für die Anwendung praktikabel ist. Das Prinzip bleibt dasselbe.
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Die Befestigungsbuchse 20 kann auch als Pin bezeichnet werden, wenn sie als Stift gebildet ist (nicht gezeigt).
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Verwendung findet die Leiterplatte 10 vorteilhaft in einer Getriebesteuerung eines Fahrzeugs. Zu befestigende Komponenten sind beispielsweise Sensoren wie Drucksensoren. Diese müssen sehr genau platziert werden, da in nachfolgenden Montageschritten noch weitere Bauelemente wie Dichtungsringe exakt darauf platziert werden müssen. Andere Komponenten können Rahmenelemente wie Spanschutzrahmen, sowie Elektronikbauteile oder Deckel sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Leiterplatte
- 20
- Befestigungsbuchsen
- 1
- einseitig offene Feder
- 2
- geschlossene Feder
- 3
- Schlitz in Leiterplatte
