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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Motorkontaktplatte für ein Steuergerät, die sich durch besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften im Zusammenhang mit der Montage der Motorkontaktplatte in einem Steuergerät auszeichnet. Ferner betrifft die Erfindung ein Steuergerät mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Motorkontaktplatte.
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Stand der Technik
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Motorkontaktplatten für ein Steuergerät dienen als elektrische und ggf. mechanische Schnittstelle zwischen einem Steuergerät und einem Elektromotor. Die elektrische Verbindung zum Motor erfolgt dabei üblicherweise über eine Schneid-Klemm-Verbindung, während die elektrische Kontaktierung zum Steuergerät über Einpresspins erfolgt, die in Einpressöffnungen einer Leiterplatte eingepresst werden. Beim Montageprozess der Motorkontaktplatte mit dem Steuergerät und der Ausbildung der angesprochenen Verbindungen müssen einerseits fertigungs- und/oder montagebedingte Toleranzen der Bauteile egalisiert werden, andererseits muss die Motorkontaktplatte auf sie einwirkende (Montage-) Kräfte vorteilhaft aufnehmen, um einerseits Vorschädigungen aufgrund zu hoher mechanischer Spannungen zu vermeiden, und andererseits eine sichere und zuverlässige Kontaktierung der angesprochenen Bauteile miteinander zu gewährleisten.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Motorkontaktplatte für ein Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist einerseits besonders gute mechanische Eigenschaften auf, und ist andererseits besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit einer automatisierten Montage in einem Steuergerät und der Kontaktierung entsprechender Motorkontakte mit dem Steuergerät ausgebildet.
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Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen ist es daher bei einer erfindungsgemäßen Motorkontaktplatte für ein Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen, dass diese ein vorzugsweise flaches Trägerelement mit einer ersten Schnittstelle aufweist, wobei die erste Schnittstelle dazu ausgebildet ist, mit Motorkontakten eines Elektromotors verbunden zu werden, und mit einer zweiten Schnittstelle, die dazu ausgebildet ist, mit einem Schaltungsträger, insbesondere einer Leiterplatte des Steuergeräts verbunden zu werden, wobei die erste Schnittstelle erste Elemente einer Schneid-Klemmverbindung und die zweite Schnittstelle erste Elemente einer Einpressverbindung aufweist, und wobei die ersten Elemente der Einpressverbindung zumindest bereichsweise mit dem Trägerelement starr verbunden sind und senkrecht zur Ebene des Trägerelements und in einem seitlichen Abstand zu einem Rand des Trägerelements verlaufende, stiftförmige Einpresspins mit Einpressabschnitten aufweisen, und wobei die Einpresspins mittels seitlich vom Rand des Trägerelements abstehender, vorzugsweise senkrecht zur Richtung der Einpresspins verlaufender, elastisch deformierbarer Verbindungsabschnitte der Einpresspins mit dem Trägerelement verbunden sind.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Motorkontaktplatte für ein Steuergerät sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Um insbesondere die benötigte Elastizität bzw. Flexibilität des Trägerelements zu gewährleisten, um damit im Zusammenhang mit der Montage der Motorkontaktplatte an dem Gehäuse des Steuergeräts auf einen zwischen einer Leiterplatte und einem Gehäuse dosierten Wärmeleitkleber eine Druckkraft zu erzeugen, ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Trägerelement wenigstens einen Schwächungsbereich aufweist, der dazu ausgebildet ist, die Biegesteifigkeit des Trägerelements in einer senkrecht zur Ebene des Trägerelements verlaufenden Richtung zu reduzieren.
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In bevorzugter Weiterbildung eines derartigen Vorschlags ist es vorgesehen, dass das Trägerelement als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist, und dass der wenigstens eine Schwächungsbereich durch eine Reduzierung der Dicke des Trägerelements ausgebildet ist.
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Eine bevorzugte Geometrie des Trägerelements sieht vor, dass dieses kreisbogenabschnittsförmig oder hufeisenförmig ausgebildet ist, dass mehrere erste Schnittstellen vorgesehen sind, die zumindest näherungsweise in gleichen Abständen in Umfangsrichtung des Trägerelements zueinander angeordnet sind, und dass die Verbindungsabschnitte der Einpresspins an der Außenseite des Trägerelements angeordnet sind.
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Eine besonders sichere Montage der motorseitigen Kontakte des Elektromotors, insbesondere auch mit Blick auf gegebenenfalls auftretende Montagefehler, wird erreicht, wenn die erste Schnittstelle einen von einer Oberseite des Trägerelements abstehenden Fangbereich für die Motorkontakte aufweist, und dass der Fangbereich an seiner Außenseite ein Ablenkelement für einen Motorkontakt zur Auslenkung des Motorkontakts aus einer den Einpresspin, insbesondere den Verbindungsabschnitt des Einpresspins kontaktierenden Richtung umfasst. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass das Ablenkelement dazu dient, im Falle, dass der Motorkontakt nicht den Fangbereich trifft, den Motorkontakt seitlich vorbei an dem Verbindungsabschnitt zu führen, damit dieser keine elektrische Verbindung zu dem Verbindungsabschnitt herstellt und somit bei einem Funktionstest beispielsweise als korrekt montierter Motorkontakt erkannt wird.
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Zur Gewährleistung einer definierten elastischen Verformung des Trägerelements bei der Montage, insbesondere im Zusammenhang mit den erwähnten Schwächungsbereichen, ist es vorgesehen, dass das Trägerelement Anschlagbereiche zur Anlage des Trägerelements an einem Gehäuse des Steuergeräts aufweist.
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Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass innerhalb des Trägerelements kreisbogenabschnittsförmige, aus Blech bestehende Stromführungselemente zur Verbindung der ersten und der zweiten Schnittstellen angeordnet sind.
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Eine besonders sichere und einfache Montage der Einpresspins in die Kontaktierungsöffnungen der Leiterplatte wird erzielt, wenn in axialer Verlängerung der Verbindungsabschnitte der Einpresspins auf der den Einpressabschnitten der Einpresspins abgewandten Seite die Einpresspins vorzugsweise ebene Abstützflächen aufweisen, die mit den Längsachsen der Einpresspins ausgerichtet sind. Die Abstützflächen dienen dabei als Anlagefläche für stempelartige Einpresswerkzeuge.
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Weiterhin umfasst die Erfindung auch ein Steuergerät mit einem Gehäuse, in dem wenigstens eine Leiterplatte angeordnet ist, die mittels einer soweit beschriebenen erfindungsgemäß ausgebildeten Motorkontaktplatte kontaktiert ist.
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Bevorzugt ist das Steuergerät als Lenkungssteuergerät für Automobil-Anwendungen ausgebildet, wobei die Motorkontaktplatte an einer Außenseite des Gehäuses angeordnet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Steuergeräts,
- 2 einen Längsschnitt durch das Steuergerät gemäß 1
- 3 eine perspektivische Oberansicht auf eine Motorkontaktplatte, wie sie bei dem Steuergerät gemäß der 1 und 2 verwendet wird,
- 4 eine teilweise transparent dargestellte perspektivische Unteransicht der Motorkontaktplatte gemäß der 3,
- 5 eine perspektivische Darstellung eines Teilbereichs der Motorkontaktplatte bei einem Montagevorgang eines motorseitigen Kontakts und
- 6 eine perspektivische Ansicht auf einen Teilbereich der Motorkontaktplatte im Bereich eines Einpresspins.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In den 1 und 2 ist ein Steuergerät 100 dargestellt, wie es insbesondere für Automobil-Anwendungen, insbesondere im Zusammenhang mit einer elektrischen Lenkung, Verwendung findet. Das Steuergerät 100 weist ein mehrteilig ausgebildetes Gehäuse 102 mit einem in der Zeichnungsebene der 2 unten angeordneten Steckermodul 104 als unterem Gehäuseelement 105 und einem mit dem Steckermodul 104 verbundenen oberen Gehäuseelement 106 auf. Das obere Gehäuseelement 106 weist auf der dem Steckermodul 104 abgewandten Seite eine radial um eine Längsachse 108 umlaufende äußere Gehäusewand 110 auf, über die das Steuergerät 100 bzw. das Gehäuse 102 mit einem nicht dargestellten Elektromotor, insbesondere mit lediglich in der 5 erkennbaren motorseitigen (starren) Motorkontakten 112 verbindbar ist.
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Innerhalb des Gehäuseinnenraums des Steuergeräts 100 sind beispielhaft zwei parallel zueinander angeordnete Schaltungsträger in Form von Leiterplatten 114, 115 angeordnet, die über einen Steckverbinder 116 miteinander elektrisch verbunden sind. Die in der Zeichnungsebene der 2 untere Leiterplatte 114 ist als sogenannte Logik-Leiterplatte ausgebildet, während die obere Leiterplatte 115 als Power-Leiterplatte mit typischerweise mehreren wärmeerzeugenden elektronischen Bauelementen ausgebildet ist. Eine elektrische Verbindung zwischen dem Steckermodul 104 und der oberen Leiterplatte 115 kann beispielsweise über in der 2 dargestellte Einpresspins 118 erfolgen. Knapp oberhalb der oberen Leiterplatte 115 ist die Leiterplatte 115 mit einem Gehäuseboden 120 des oberen Gehäuseelements 106 über einen Wärmeleitkleber 122 thermisch gekoppelt, um die obere Leiterplatte 115 bzw. die dort vorhandenen, während des Betriebs des Steuergeräts 100 wärmeerzeugenden elektronischen Bauelemente thermisch zu entlasten, indem die Wärme über den Wärmeleitkleber 122 in das obere Gehäuseelement 106 eingekoppelt wird.
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Um den erwähnten Elektromotor bzw. dessen Motorkontakte 112 mit dem Steuergerät 100 (elektrisch) zu kontaktieren, dient eine Motorkontaktplatte 10, die in den 3 und 4 in Einzeldarstellung näher dargestellt ist. Insbesondere ist die Motorkontaktplatte 10 auf der der oberen Leiterplatte 115 abgewandten Seite des Gehäusebodens 110 des Gehäuseelements 106 angeordnet und ist mit Blick auf eine domartige, um die Längsachse 118 verlaufende Erhebung 124 des Gehäuseelements 106 mit der Gehäusewand 110 kreisbogenabschnittsförmig bzw. hufeisenförmig ausgebildet, sodass die Erhebung 124 von der Motorkontaktplatte 10 bereichsweise umgeben ist.
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Die Motorkontaktplatte 10 weist ein aus Kunststoff bestehendes, als Spritzgussteil ausgebildetes Trägerelement 12 auf, das im Wesentlichen flach bzw. eben ausgebildet ist. Das Trägerelement 12 weist an seinen beiden Endbereichen 13, 14 sowie in einem, bezogen auf die Umfangsrichtung des Trägerelements 12 mittleren Bereich 15, insgesamt drei erste Schnittstellen 16 bis 18 auf, die dazu ausgebildet sind, mit den in der 5 erkennbaren Motorkontakten 112 kontaktiert zu werden. Insbesondere sind die ersten Schnittstellen 16 bis 18 Teil von Schneid-Klemm-Verbindungen, die von dem Material des Trägerelements 12 bereichsweise umspritzte, in der 4 erkennbare Stromführungselemente 20, 21 als erste Elemente der Schneid-Klemm-Verbindungen aufweisen, die als Blechteile im Stanzverfahren hergestellt sind, und die Schneidöffnungen 22 für Endabschnitte der Motorkontakte 112 aufweisen.
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Das Trägerelement 12 weist darüber hinaus auf der dem Gehäuseboden 110 abgewandten Seite monolithisch mit dem Trägerelement 12 ausgebildete Fangbereiche 24 für die Motorkontakte 112 auf, die trichterförmige Öffnungen 25 aufweisen, die fluchtend zu den Schneidöffnungen 22 angeordnet sind.
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Zur elektrischen Kontaktierung der Motorkontaktplatte 10 mit der oberen Leiterplatte 115 im Innenraum des Steuergeräts 100 sind die Stromführungselemente 20, 21 darüber hinaus in elektrisch leitender Verbindung mit zweiten Schnittstellen 28, 29 angeordnet. Die zweiten Schnittstellen 28, 29 sind in Form von Einpressverbindungen ausgebildet und umfassen stiftförmige Einpresspins 31 als erste Elemente der Einpressverbindungen, die als starre Einpresspins 31 eine senkrecht zur Ebene des Trägerelements 12 verlaufende Längsachse 32 aufweisen, wobei die Einpresspins 31 auf der der Erhebung 124 abgewandten Seite des Trägerelements 12 angeordnet sind. Parallel zur Ebene des Trägerelements 12 bzw. senkrecht zur Längsachse 32 sind die Einpresspins 31 über einen rechteckigen Querschnitt aufweisende Verbindungsabschnitte 34 der Einpresspins 31 sowohl mit dem Trägerelement 12, als auch mit den Stromführungselementen 20, 21 verbunden. Hierzu sind die Verbindungsabschnitte 34 innerhalb des äußeren Rands 35 des Trägerelements 12 vom Kunststoffmaterial des Trägerelements 12 umspritzt (6).
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In Bezug auf den äußeren Umfang des Trägerelements 12 sind die Einpresspins 31 vorzugsweise in gleichmäßigen Abständen am Trägerelement 12 zueinander angeordnet. Wesentlich ist darüber hinaus, dass im dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden mittleren Einpresspins 31 in relativ geringem Abstand zur ersten, im mittleren Bereich 15 befindlichen ersten Schnittstelle 17 angeordnet sind. Die Einpresspins 31 weisen auf der der zweiten Leiterplatte 115 zugewandten Seite einen Einpressabschnitt 38 auf, und sind auf der den Einpressabschnitten 38 gegenüberliegenden Seite des Verbindungsabschnitts 34 mit einem Abschnitt 39 verlängert ausgebildet, der fluchtend zu den Einpressabschnitten 38 bzw. zur Längsachse 32 verläuft, und der eine parallel zum Trägerelement 12 verlaufende (ebene) Abstützfläche 40 aufweist.
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Die fluchtend mit den Längsachsen 32 der Einpresspins 31 ausgerichteten Abstützflächen 40 dienen entsprechend der Darstellung in der 3 dazu, mittels eines nicht dargestellten Stempelwerkzeugs Einpresskräfte F auf die Einpresspins 31 zu erzeugen, um die Einpressabschnitte 38 in nicht dargestellte Einpressöffnungen der oberen Leiterplatte 115 einzupressen, die als zweite Elemente der Einpressverbindungen dienen, wie dies aus dem Stand der Technik an sich bekannt ist. Hierzu sind in dem Gehäuseboden 120 des Gehäuses 102 ebenfalls nicht dargestellte Durchgangsöffnungen vorgesehen.
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Um entsprechend der Darstellung der 5 bei einem Fügevorgang eines Motorkontakts 112 im mittleren Bereich 15 in einen Fangbereich 24 zu vermeiden, dass es bei nicht sachgerechter Montage bzw. Ausrichtung zwischen dem Fangbereich 24 und einem Motorkontakt 112 zu einer Berührung des Motorkontakts 112 mit einem seitlich neben dem Fangbereich 24 angeordneten Einpresspin 31 kommt, weist der Fangbereich 24 darüber hinaus an seiner dem Einpresspin 31 zugewandten Außenseite ein monolithisch mit dem Fangbereich 24 ausgebildetes Ablenkelement 42 auf, das in Art einer Ablenkrippe ausgebildet ist und beim Relativbewegen zwischen dem Motorkontakt 112 und dem Einpresspin 31 bewirkt, dass der Motorkontakt 112 nicht in Kontakt mit dem Einpresspin 31 gelangt, sondern in einem Abstand von diesem vorbeibewegt wird.
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Auf der dem Gehäuseboden 110 zugewandten Seite weist das Trägerelement 12 bzw. die Motorkontaktplatte 10 darüber hinaus, wie anhand der 4 erkennbar ist, Schwächungsbereiche 44, 46 auf, in deren Bereich die Dicke des Kunststoffmaterials des Trägerelements 12 gegenüber den anderen Bereichen reduziert ist. Durch die Schwächungsbereiche 44, 46 wird die Elastizität bzw. Deformierbarkeit des Trägerelements 12 in einer senkrecht zur Ebene des Trägerelements 12 verlaufenden Richtung vergrößert. Ergänzend wird erwähnt, dass die Schwächungsbereiche 44, 46 auch beidseitig an dem Trägerelement 12 ausgebildet sein können.
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Die ersten Schnittstellen 16 bis 18 sind auf der den Fangbereichen 24 gegenüberliegenden Seite des Trägerelements 12 mit Anschlagbereichen 48 ausgebildet, die dazu dienen, das Trägerelement 12 durch Anlage an dem Gehäuseboden 110 zu positionieren (2).
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Bei der Montage der Motorkontaktplatte 10 am Steuergerät 100 wird in einem ersten Schritt die Motorkontaktplatte 10 von der Außenseite des Gehäuses 102 in Kontakt mit dem Gehäuse 102 gebracht. Dabei dringen die Einpresspins 31 über die erwähnten und in den Figuren nicht dargestellten Durchgangsöffnungen in den Innenraum des Gehäuses 102 ein und werden durch die Einpresswerkzeuge mittels der Einpresskräfte F in die Durchgangsöffnungen der (oberen) Leiterplatte 115 eingepresst. Wesentlich dabei ist, dass durch die Einpresskräfte F auf die Einpresspins 31 eine derartige Kraft ausgeübt wird, dass die Motorkontaktplatte 10, die sich über die Anschlagbereiche 48 an dem Gehäuseboden 120 axial abstützt, elastisch in Richtung zum Gehäuseboden 110 deformiert wird. Sobald der Einpressvorgang der Einpresspins 31 in die Leiterplatte 115 abgeschlossen ist und die Einpresskräfte F reduziert worden sind, findet eine Rückverformung der elastisch deformierten Abschnitte des Trägerelements 12 statt, derart, dass sich der Abstand zwischen dem Wärmekontaktkleber 122 und dem Gehäuseboden 110 verringert bzw. über die Einpresspins 31 eine in Richtung zum Gehäuseboden 120 wirkende Kraft auf die obere Leiterplatte 115 erzeugt wird. Dadurch werden ggf. auftretende Luftblasenbildungen bzw. nicht optimale Verbindungen zwischen dem Wärmekleber 122 zum Gehäuse 102 bzw. Gehäuseboden 120 hin vermieden. Anschließend werden die Motorkontakte 112 über die Fangbereiche 24 zur Ausbildung der ersten Schnittstellen 16 bis 18 in Kontakt mit der Motorkontaktplatte 10 gebracht.
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Die soweit beschriebene Motorkontaktplatte 10 bzw. das Steuergerät 100 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es beispielsweise denkbar, die Schwächungsbereiche nicht durch eine reduzierte Dicke des Materials am Trägerelement 12 zu erzielen, sondern durch Einkerbungen o.ä. Ausschnitte am Trägerelement 12. Weiterhin kann selbstverständlich die Anzahl und Anordnung der ersten Schnittstellen 16 bis 18 und der zweiten Schnittstellen 28, 29 unterschiedlich sein.