DE102022202083A1

DE102022202083A1 - Steckereinheit und elektrische Baugruppe mit einer solchen verschweißten Steckereinheit

Info

Publication number: DE102022202083A1
Application number: DE102022202083.9A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Probst; Michael Splitt; Udo Murmann; Catalin Tanasoiu
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2022-03-01
Filing date: 2022-03-01
Publication date: 2023-09-07

Abstract

Es wird eine Steckereinheit (30) für eine elektrische Baugruppe sowie eine entsprechende elektrische Baugruppe mit einer solchen Steckereinheit (30) vorgestellt.Die Steckereinheit weist elektrische Anschlüsse (31) auf, welche durch einen Kunststoffgrundkörper (32) der Steckereinheit geführt sind. Der Kunststoffgrundkörper (32) der Steckereinheit weist einen Wandabschnitt (33) und an diesem Wandabschnitt (33) eine Verbindungszone (331) auf zum Laserverschweißen (L) mit einem Kunststoffbereich (11) des Baugruppengehäuses (10) auf.Der Wandabschnitt (33) zwischen dem Kunststoffkörpergrundkörper (32) und der Verbindungszone (331) weist dabei eine verformbare Zone (332) auf, welche den Kunststoffgrundkörper (32) der Steckereinheit von mechanischen Verformungen des Wandabschnitts an der Verbindungszone (331) zumindest um ein vorgegebenes Maß entkoppelt.Entsprechend weist eine elektrische Baugruppe mit einem elektrischen Schaltungsträger (20) in einem zumindest teils aus Kunststoff bestehenden Baugruppengehäuse (10) eine entsprechende Steckereinheit (30) mit der verformbaren Zone (332) an einem Wandabschnitt (33) auf und ist die Verbindungszone (331) an diesem Wandabschnitt (33) der Steckereinheit mit einem Kunststoffbereich des Baugruppengehäuses (10) durch Verschweißen verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steckereinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine elektrische Baugruppe mit einer solchen verschweißten Steckereinheit.
Aus der EP 2232222 B1 ist beispielsweise ein Kunststoffgehäuse einer elektrischen Baugruppe mit integrierter Steckerschnittstelle bekannt, bei der das Steckergehäuse und das Kunststoffgehäuse als separate Bauteile gefertigt sind, wobei das Steckergehäuse und das Kunststoffgehäuse der Baugruppe durch eine stoffschlüssige Verbindung verschweißt sind.
Aus der EP 2973874 B1 ist eine modulare elektrische Steckerverbinderanordnung für ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem ein Modulträger einen zum Steckermodul nach oben abstehenden, ringförmig umlaufenden Steg aufweist, wobei der Steg aus einem aufschmelzbaren Material ausgebildet ist und wobei der Modulträger entlang des Steges mit einem Boden des Steckermoduls verschweißt ist. Dabei wird mit dem Laser durch den Innenbereich des Steckers auf dessen Boden die Energie eingeprägt.
Gerade beim Laserschweißen von Kunststoffen kommt es allein schon durch den erforderlichen Anpressdruck zwischen den zu verbindenden Kunststoffteilen, aber eben auch durch das Schmelzen von Kunststoffmaterial zu einer Veränderung der Abstände und damit letztlich Verformungen, welche gegebenenfalls über die Steckereinheit dann wiederum auf die elektrischen Anschlüsse der Steckereinheit und über diese an die Anschlusszonen auf dem elektrischen Schaltungsträger weitergegeben werden. Sind zudem noch auf dem Schaltungsträger weitere elektrische Baugruppen vorgesehen, wie beispielsweise Kondensatoren, welche neben deren elektrische Verbindung mit dem Schaltungsträger auch noch mechanisch mit dem Baugruppengehäuse verbunden sind, so kann diese beim Laserschweißen auftretende Verformung auch die elektrischen Kontakte dieser elektrischen Baugruppe zusätzlich gefährden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Steckereinheit sowie eine elektrische Baugruppe mit einer solchen Steckereinheit und ein Verfahren zu deren Herstellung vorzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
Ein Gedanke der Erfindung besteht darin, dass der Wandabschnitt am Kunststoffgrundkörper der Steckereinheit zwischen dem Kunststoffgrundkörper und der Verbindungszone eine verformbare Zone aufweist.
Vorzugsweise wird durch die verformbare Zone die Steckereinheit von mechanischen Verformungen des Wandabschnitts an der Verbindungszone zumindest um ein vorgegebenes Maß, vorzugsweise weitgehend entkoppelt. Das konkrete Maß der Verformbarkeit ist dabei an die Erfordernisse des jeweiligen Anwendungsfalls, also insbesondere die zu erwartende Verformung der Verbindungszone anzupassen.
In einer Ausgestaltung ist die verformbare Zone durch Verringerung der Wandstärke des Wandabschnitts, also in einer Art Filmscharnier gebildet.
Alternativ oder zusätzlich kann die verformbare Zone durch eine lokal elastischere Materialzusammensetzung, insbesondere 2-Komponenten-Spritzguss gebildet sein.
Angewendet auf eine elektrische Baugruppe mit einem elektrischen Schaltungsträger in einem zumindest teils aus Kunststoff bestehenden Baugruppengehäuse wird daher vorgeschlagen, dass die Steckereinheit mit einer entsprechend verformbaren Zone vorgesehen und die Verbindungszone an diesem Wandabschnitt der Steckereinheit mit dem Kunststoffbereich des Baugruppengehäuses durch Verschweißen verbunden ist. Vorzugsweise ist auf dem elektrischen Schaltungsträger eine elektrische Komponente, insbesondere ein Kondensator, vorgesehen, wobei die elektrische Komponente elektrisch mit dem Schaltungsträger, zusätzlich aber noch mechanisch mit dem Baugruppengehäuse verbunden ist. Gerade in solchen Anwendungsfällen besteht die Gefahr, dass neben den elektrischen Anschlüssen der Steckereinheit auch die elektrischen Kontakte der elektrischen Komponente durch mechanische Verformungen beim Laserschweißen über den Steckerbereich eingeprägt werden und ist die Verwendung einer solchen verformbaren Zone zur Entkopplung zwischen der Verbindungszone und dem eigentlichen Steckerbereich daher besonders vorteilhaft.
Als ein geeignetes Verfahren zur Herstellung einer solchen elektrischen Baugruppe erweist sich, wenn die Steckereinheit zunächst mit dem elektrische Schaltungsträger elektrisch verbunden wird und nachfolgend der Wandabschnitt des Kunststoffkörpers der Steckereinheit an den Kunststoff des Baugruppengehäuses verschweißt wird.
Das Verschweißen von Steckereinheit und Baugruppengehäuse kann dabei insbesondere auch eine feuchtigkeitsdichte Versiegelung des Gehäuses bewirken, wird also vorzugsweise zur Erzeugung eines feuchtigkeitsdichten Gehäuses verwendet. Vorzugsweise wird die Verbindungszone durch Laserschweißen an dem Kunststoff des Baugruppengehäuses verschweißt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der Figuren näher erläutert.

1 Skizze einer elektrischen Baugruppe mit einer erfindungsgemäßen Steckereinheit vor bzw. während dem Verschweißen
2 Skizze nach dem erfolgten Verschweißen zwischen erfindungsgemäßen Steckereinheit und dem Baugruppengehäuse
3 seitliche Ansicht eines Ausführungsbeispiels

Die 1 zeigt in einem hier skizzenhaft angedeuteten Baugruppengehäuse 10 einen elektrischen Schaltungsträger 20 der neben Leiterbahnen und anderen elektronischen Komponenten elektrische Kontaktzonen für die elektrischen Anschlüsse 31 des Steckerbereichs 30 aufweist. Die elektrischen Anschlüsse 31 können dabei als sogenannte Press-Fit-pins in die Kontaktzonen auf dem Schaltungsträger 20 eingepresst oder in entsprechende Kontaktzonen ein- oder aufgelötet oder verschweißt sein. Als besonderes Ausführungsbeispiel weist der Schaltungsträger 20 zusätzlich eine weitere elektrische Komponente 23 auf. Diese ist elektrisch über Verbindungsmittel 22 mit dem Schaltungsträger 20 verbunden. Zudem ist diese weitere elektrische Komponente 23 vorzugsweise zusätzlich mechanisch über ein in der 1 nicht dargestellten mechanischen Kontakt mit einem in dieser Figur eben nicht dargestellten Bereich des Baugruppengehäuses verbunden.
Der Steckerbereich 30 weist neben den elektrischen Anschlüssen 31 und dem Kunststoffgrundkörper 32 einen Wandabschnitt 33 auf, welcher hier in etwa senkrecht zu der mit „Z“ bezeichneten Steckrichtung sich jeweils beidseitig in „Y“-Richtungen vom Kunststoffgrundkörper 32 des Steckerbereichs 30 erstreckt. Der Wandabschnitt 33 könnte aber auch in einer anderen Richtung gegenüber dem Kunststoffgrundkörper 32 bzw. der Steckrichtung Z ausgerichtet sein.
Der Wandabschnitt 33 weist eine bezüglich dem Kunststoff-Grundkörper 32 entfernt am Rand des Wandabschnitts 33 liegende Verbindungszone 331 auf, wobei durch diese Verbindungszone 331 hindurch oder durch einen entsprechenden Abschnitt des Baugruppengehäuses 10 ein skizzenhaft mit L bezeichneter Laserstrahl eingeprägt und entsprechend vorgesehene Materialüberstand 11 hier dargestellt am Baugruppengehäuse 10 aufgeschmolzen wird.
Für die Erfindung ist es dabei unerheblich, ob ein solcher Material überstand nun am Baugruppengehäuse oder am Wandabschnitt des Steckerbereichs vorgesehen ist. Die Materialzusammensetzung des Kunststoffmaterials in der Verbindungszone 331 des Steckerbereichs 30 sowie zumindest des Material 11 am Baugruppengehäuse 10 müssen einzig entsprechend geeignet für ein Laserschweißen der beiden Komponenten hergerichtet sein, d. h. eine hinreichende Einprägung der Energie durch den Laserstrahl in die eigentliche Schweißzone ermöglichen.
Neben der Einbringung von Laserenergie ist zusätzlich erforderlich und vorgesehen, dass über eine hier skizzenhaft mit F dargestellte Kraft die Verbindungszone 331 des Steckerbereichs 30 anders Baugruppengehäuse 10 angedrückt wird und bis zum Erkalten des Schweißvorgangs angedrückt bleibt. Durch dieses Anpressen, aber auch die thermische Belastung der Verbindungszone 331 beim Aufschmelzen als auch Abkühlen und insbesondere durch die Auflösung des Materialüberstands 11 durch das Laserschweißen eintretende Verschiebung kommt es insgesamt zu einer Positionsänderung der Verbindungszone 331 und damit Verformung und Verspannung des Wandabschnitts 33. Dies ist skizzenhaft mit Δ11 in 2 im Vergleich zu 1 besonders gut zu erkennen.
Damit nun diese Verformung gerade nicht über den Steckerbereich 30 und dessen elektrische Anschlüsse 31 bis auf den elektrischen Schaltungsträger 20 weitergegeben wird, ist zwischen dem Kunststoffkörpergrundkörper 32 und der Verbindungszone 331 eine verformbare Zone 332 vorgesehen. Die verformbare Zone 332 entkoppelt den Kunststoffkörpergrundkörper 32 der Steckereinheit 30 von mechanischen Verformungen des Wandabschnitts 33 an der Verbindungszone 331 zumindest um ein vorgegebenes Maß, also insbesondere bzgl. der Verformung Δ11 primär in Z-Richtung, ggfs. aber auch in Bezug auf Verformungen in Y oder eben auch die zu beiden senkrechte X-Richtung. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die verformbare Zone 332 durch Verringerung der Wandstärke des Wandabschnitts gebildet. So kann vorzugsweise der Wandabschnitt 33 aus dem gleichen Kunststoffmaterial wie der Kunststoff-Grundkörper 32 gebildet sein, ist jedoch die Dicke der verformbare Zone 332 in Z Richtung verjüngt, beispielsweise um zumindest 25 % vorzugsweise sogar über 40 % gegenüber der Dicke des Wandabschnitts 33 am Übergangsbereich zum Kunststoff-Grundkörper 32 oder auch bezüglich der Verbindungszone 331 ausgestaltet.
Die konkrete Dicke hängt dabei von den Verformungen und Belastungen im Anwendungsfall, aber auch der vorgesehenen Breite, hier in Y-Richtung der verformbaren Zone 332 ab. Die verformbare Zone 332 kann daher als eine Art Filmscharnier verstanden werden, welches eine hinreichende Biegeelastizität insbesondere in Z-Richtung bezüglich der Verbindungszone 331 gegenüber dem Kunststoff-Grundkörper 32 der Steckereinheit 30 bietet. Alternativ oder zusätzlich ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass die verformbare Zone 332 durch eine lokal elastischere Materialzusammensetzung, insbesondere Mehr-Komponenten-Spritzguss gebildet ist.
Ohne eine solche verformbare Zone 332 bestünde beim Laserverschweißen des Steckerbereichs 30 an das Baugruppengehäuse 10 dabei die Gefahr, dass bereits die Kontaktzonen 21 zwischen diesen elektrischen Anschlüssen 31 und dem Schaltungsträger 20 beschädigt oder zerstört werden oder gar durch die Weiterleitung über den Schaltungsträger 20 auf die elektrische Komponente 23 Einfluss genommen wird und sich der Abstand D32-23 zwischen dem Kunststoffgrundkörper 32 des Steckerbereichs und der elektrischen Komponente 23 verändert und so die elektrische Verbindung an der Verbindungszone 22 ebenfalls beschädigt oder zerstört und dadurch die gesamte elektronische Baugruppe unbrauchbar würde.
3 zeigt nochmal in einer Seitenansicht diese besonders bevorzugte Ausgestaltung, bei welcher die elektrische Komponente 23 am Gehäusedeckel 10 auch mechanisch zusätzlich fixiert ist und die auf den elektrischen Schaltungsträger 20 geführten elektrischen Verbindungen 22 als eben auch die elektrischen Kontakte 31 des Steckerbereichs 30 entsprechend gefährdet bzw. durch die verformbare Zone 332 erfindungsgemäß weitgehend entkoppelt sind. Da in dieser Ausgestaltung der Gehäuseboden mit dem Deckel verschraubt wird, entfällt das Laserverschweißen an dieser Seite des Steckerbereichs 30, sondern ist nur an den in Y-Richtung seitlichen und in 3 in X-Richtung oberen Bereich des Steckerbereichs Anwendung findet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2232222 B1 [0002]
EP 2973874 B1 [0003]

Claims

Steckereinheit (30) für eine elektrische Baugruppe, wobei die Steckereinheit elektrische Anschlüsse (31) aufweist, welche durch einen Kunststoffgrundkörper (32) der Steckereinheit geführt sind und der Kunststoffkörper (32) der Steckereinheit einen Wandabschnitt (33) und an diesem Wandabschnitt (33) eine Verbindungszone (331) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandabschnitt (33) zwischen dem Kunststoffgrundkörper (32) und der Verbindungszone (331) eine verformbare Zone (332) aufweist.
Steckereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare Zone (332) den Kunststoffgrundkörper (32) der Steckereinheit von mechanischen Verformungen des Wandabschnitts an der Verbindungszone (331) zumindest um ein vorgegebenes Maß entkoppelt.
Steckereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare Zone (332) durch Verringerung der Wandstärke des Wandabschnitts gebildet ist.
Steckereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare Zone (332) durch eine lokal elastischere Materialzusammensetzung, insbesondere 2-Komponenten-Spritzguss gebildet ist.
Elektrische Baugruppe mit einem elektrischen Schaltungsträger (20) in einem zumindest teils aus Kunststoff bestehenden Baugruppengehäuse (10) sowie einer Steckereinheit (30), dadurch gekennzeichnet, dass eine Steckereinheit (30) mit der verformbaren Zone (332) an einem Wandabschnitt (33) nach Anspruch 1 vorgesehen und die Verbindungszone (331) an diesem Wandabschnitt (33) der Steckereinheit mit einem Kunststoffbereich des Baugruppengehäuses (10) durch Verschweißen verbunden sind.
Elektrische Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem elektrischen Schaltungsträger (20) eine elektrische Komponente (23), insbesondere ein Kondensator, vorgesehen ist, wobei die elektrische Komponente (23) elektrisch mit dem Schaltungsträger (20) verbunden ist, zusätzlich aber noch mechanisch mit dem Baugruppengehäuse (10) verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung einer elektrische Baugruppe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckereinheit (30) mit dem elektrische Schaltungsträger (10) elektrisch verbunden wird und nachfolgend der Wandabschnitt (33) des Kunststoffkörpers der Steckereinheit an den Kunststoff des Baugruppengehäuses (10) verschweißt wird.
Verfahren zur Herstellung einer elektrische Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungszone (331) durch Laserschweißen an dem Kunststoff des Baugruppengehäuses (10) verschweißt wird.