DE19956675A1 - Kunststoffgehäuse zur Aufnahme einer Baugruppe mit elektrischen und elektronischen Bauteilen auf einer Leiterplatte - Google Patents
Kunststoffgehäuse zur Aufnahme einer Baugruppe mit elektrischen und elektronischen Bauteilen auf einer LeiterplatteInfo
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Abstract
Kunststoffgehäuse zur Aufnahme einer Baugruppe mit elektrischen und elektronischen Bauteilen auf einer Leiterplatte. DOLLAR A Metallgehäuse werden zunehmend durch Kunststoffgehäuse ersetzt, bei denen sich bei einer Absenkung der Temperatur aufgrund von Kondensation aus der Luftfeuchte Feuchtigkeit auf den im Gehäuse angeordneten elektrischen und elektronischen Bauteilen niederschlägt. Zum Schutz vor Korrosion werden in vielen Fällen elektrische Baugruppen mit einer Schutzlackschicht versiegelt. Diese Maßnahme weist den Nachteil auf, dass elektronische Bauteile zum Beispiel zur Aktualisierung einer Software oder zur Untersuchung des Langzeitverhaltens nicht mehr zugänglich sind. DOLLAR A In einem Kunststoffgehäuse sind innerhalb des Gehäuses eine oder mehrere ausgedehnte Metallflächen zur Kondensation von Luftfeuchtigkeit vorhanden. Die Erfindung eignet sich für Kunststoffgehäuse um Baugruppen aus elektrischen und elektronischen Bauelementen, wie sie bei Fahrzeugen, beispielsweise als Steuergeräte, verwendet werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kunststoffgehäuse zur Aufnahme einer Baugruppe mit
elektrischen und elektronischen Bauteilen auf einer Leiterplatte nach dem Ober
begriff des Patentanspruchs 1.
Aufgrund des geringeren Gewichts und der günstigeren Herstellweise werden
insbesondere in Kraftfahrzeugen Metallgehäuse zunehmend durch Kunststoffge
häuse ersetzt. Kunststoffgehäuse sind zwar üblicherweise spritzwassergeschützt,
aber nicht hermetisch dicht verschlossen, so dass sich Luftfeuchtigkeit im Innern
eines solchen Kunststoffgehäuses befindet. Dies hat den Nachteil, daß sich bei
einer Absenkung der Temperatur aufgrund von Kondensation aus der Luftfeuchte
Feuchtigkeit auf den im Gehäuse angeordneten metallischen und damit elektri
schen (und elektronischen) Bauteilen niederschlägt und nicht auf der Innenseite
der Gehäuseaußenwand.
Damit diese Feuchtigkeit keine Korrosion verursacht und nicht zu Kriechströmen
oder Kurzschlüssen führt, werden in vielen Fällen die elektrischen Bauteile mit
einer Schutzlackschicht versiegelt. Diese Maßnahme weist den Nachteil auf, dass
die elektronischen Bauteile zum Beispiel zur Aktualisierung einer Software oder
zur Untersuchung des Langzeitverhaltens nicht mehr zugänglich sind und deshalb
häufig das gesamte Steuergerät ausgetauscht werden muss, was mit hohen Ko
sten verbunden ist.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein (Kunststoff-) Gehäuse anzugeben, bei
dem durch konstruktive Maßnahmen bei Temperaturschwankungen die Konden
sation der Luftfeuchte auf den elektrischen und elektronischen Bauteilen vermie
den wird.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 ge
löst.
Die Vorteile der Erfindung liegen darin, dass die elektrischen Bauteile innerhalb
des Gehäuses weiterhin frei zugänglich sind und somit Änderungen vorgenommen
werden können. Beim Recycling können Metall- und Kunststoffteile leicht sepa
riert werden.
Die Erfindung eignet sich für Kunststoffgehäuse um Baugruppen aus elektrischen
und elektronischen Bauelementen, wie sie bei Fahrzeugen, beispielsweise als
Steuergeräte, verwendet werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands des Anspruchs 1 sind in den Un
teransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme
der Zeichnung erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein erstes Kunststoffgehäuse um eine Baugruppe aus elektrischen und
elektronischen Bauelementen, bei dem sich Metallflächen auf den elek
trischen oder elektronischen Bauelementen befinden und
Fig. 2 ein zweites Kunststoffgehäuse um eine Baugruppe aus elektrischen und
elektronischen Bauelementen, bei dem sich Metallflächen im Bodenbe
reich befinden.
Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils ein spritzwassergeschütztes Kunststoffgehäuse 1
mit einem Gehäuseboden 2 aus Metall oder (glasfaserverstärktem) Kunststoff und
einer Abdeckung (Gehäusedeckel) 3 aus Kunststoff. Zur Befestigung des Kunst
stoffgehäuses 1, beispielsweise mittels Schrauben oder Nieten in einem Fahr
zeug, sind an die Abdeckung 3 Befestigungsösen 4 angeformt. Weiterhin ist in die
Abdeckung 3 eine Steckereinheit 5 integriert. Im Innern des Kunststoffgehäuses
1 ist eine Leiterplatte 6 mit einer Baugruppe aus elektrischen und elektronischen
Bauelementen 7 angeordnet. Zapfen 8 dienen in Verbindung mit im Gehäusebo
den 2 befindlichen Buchsen 9 dazu, Gehäuseboden 2 und Abdeckung 3 miteinan
der zu verbinden, indem die durch die Buchsen 9 hindurch ragenden Zapfen 8
beispielsweise mittels Ultraschall zuerst erwärmt und anschließend plattgedrückt
werden. Die Zapfen 8 können auch dazu verwendet werden, als Justiermittel eine
genaue Ausrichtung der Leiterplatte 6 innerhalb des Gehäuses 1 zu gewährlei
sten.
Bei normaler Umgebungstemperatur ist die Luft in der Lage, mehr Feuchtigkeit in
Form von Wasserdampf aufzunehmen, als dies bei niedriger Umgebungstempera
tur der Fall ist. Bei sich abkühlender Umgebungstemperatur wird der Wasser
dampf übersättigt und kondensiert. Aus der übersättigten Luftfeuchte fällt Wasser
aus, das sich als Kondensat in Form eines Flüssigkeitsfilms oder tropfenförmig
niederschlägt, und zwar verstärkt an solchen Materialien, die sich vergleichsweise
schnell der veränderten Umgebungstemperatur anpassen, die also relativ schnell
abkühlen. Materialien, die sich schnell einer veränderten Umgebungstemperatur
anpassenden, sind beispielsweise Metalle und andere Stoffe, die eine hohe Wär
meleitfähigkeit aufweisen.
Daraus ergibt sich das Problem, dass sich Wasserdampf aus feuchter Luft als
Kondensat hauptsächlich an Metallteilen von Leiterplatte 6 oder Bauelementen 7
niederschlägt und dort zu Kriechströmen, Kurzschlüssen oder Überschlägen füh
ren kann. Zudem setzt an befeuchteten Stellen verstärkt Korrosion ein, die zum
Ausfall der Baugruppe führen können. Um auf ein Metallgehäuse oder eine Be
schichtung der Leiterplatte 6 und der Bauelemente 7 mittels Schutzlack verzich
ten zu können, werden im Innern des Gehäuses 1 ausgedehnte Metallflächen an
geordnet, so dass die Luftfeuchtigkeit verstärkt an diesen Metallflächen konden
siert und empfindliche elektronische Bauelemente 7 vom Kondensat verschont
bleiben.
Beim Gehäuse 1 der Fig. 1 sind diese Metallflächen dadurch realisiert, dass be
stimmte, gegen Kondensat unempfindliche Bauelemente 7 eine metallene Um
hüllung 10 aufweisen und nicht, wie dies normalerweise der Fall ist, mit einer
Kunststoffummantelung versehen sind. Als geeignete Bauelemente 7, an denen
sich bei Abkühlung der Umgebungstemperatur gewollt und verstärkt Kondensat
ansammelt, kommen beispielsweise Relais, Sensoren, Batterien, Akkus oder Kon
densatoren mit Metallgehäuse in Frage. Durch Bohrungen 11 in der Leiterplatte 6
und Bohrungen 14 im Gehäuseboden 2 wird dafür gesorgt, dass bei Abkühlung an
den metallenen Umhüllungen 10 sich ansammelndes und abfließendes Kondensat
aus dem Gehäuse 1 gelangt.
Eine zweite Möglichkeit zur Realisierung von Metallflächen besteht darin, die In
nenseite der Abdeckung 3 mit Metall zu bedampfen oder dort eine metallene
Haube oder ein Einlegeteil 12 aus Metall zu plazieren, dessen Kontur ungefähr
oder genau mit dem des Gehäusedeckels 3 übereinstimmt. Auch hier dienen Boh
rungen 14 dazu, das sich bei Abkühlung bildende Kondensat abzuführen. Diese
zweite Möglichkeit kann bei Bedarf mit den metallenen Umhüllungen 10 kombi
niert werden und hat den Vorteil, auch zur elektromagnetischen Abschirmung der
Baugruppe 7 zu dienen.
Ohne weitere Maßnahmen schlägt sich das beim Abkühlen der Umgebung entste
hende Kondensat an den metallenen Umhüllungen 10, an der metallisierten In
nenseite der Abdeckung 3 bzw. am metallenen Einlegeteil 12, je nach Ausfüh
rung, als geschlossener Wasserfilm (Filmkondensation) nieder. Die Feuchtigkeit
verbleibt somit innerhalb des Kunststoffgehäuses 1 und verdunstet oder ver
dampft bei sich erwärmender Umgebung wieder. Bei erneuter Abkühlung ist er
höhte Kondensatbildung die Folge. Daher empfiehlt es sich, das Kondensat aus
dem Inneren des Gehäuses 1 zu entfernen.
Um das Kondensat durch Bohrungen 14 nach außen ableiten zu können, muss
der geschlossene Wasserfilm aufgelöst und die Feuchtigkeit in Tropfenform ge
bracht werden. Diese Tropfenbildung kann durch Reduktion der Oberflächen
spannung des Wassers erzwungen werden, wozu ein wasserabweisender Film, der
beispielsweise durch Einölen der metallenen Flächen hergestellt wird, dient. Auf
Grund ihrer Masse und der verringerten Oberflächenrauigkeit der metallenen Flä
chen laufen die Wassertropfen leicht von den Flächen ab und können durch Rillen
oder kleine Erhebungen gezielt den Bohrungen 14 zugeführt werden.
Eine weitere Möglichkeit, die bei Bedarf mit den beiden bereits beschriebenen
kombiniert werden kann, ist in Fig. 2 dargestellt. Dort weist das Gehäuse 1 aus
gedehnte Metallflächen in Form eines metallenen Gehäusebodens 2 auf, der zu
dem als Wärmesenke zur Kühlung der Baugruppe dient. Diese Ausgestaltung der
Erfindung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Gehäuseboden 2 nicht
waagerecht, sondern in einem Winkel zur Waagerechten verläuft. Hier kann die
Tropfenbildung ebenfalls durch Reduktion der Oberflächenspannung des Wassers,
beispielsweise durch Einölen des Gehäusebodens 2, erzwungen werden und das
Kondenswasser mittels Rillen oder Erhebungen gelenkt und durch Bohrungen 14
aus dem Gehäuse 1 geleitet werden.
Diese Ausführung kann bei einem nicht metallenen Gehäuseboden 2 auch leicht
abgewandelt werden, indem eine zusätzliche metallene Bodenplatte 13 in der
Nähe des Gehäusebodens 2 in das Gehäuse 1 eingelegt wird. Auch hier kann die
Tropfenbildung durch Reduktion der Oberflächenspannung des Wassers, bei
spielsweise durch Einölen des Gehäusebodens 2, erzwungen werden und das
Kondenswasser mittels Rillen oder Erhebungen gelenkt und durch Bohrungen 14
aus dem Gehäuse 1 geleitet werden.
Claims (10)
1. Kunststoffgehäuse (1) zur Aufnahme einer Baugruppe mit elektrischen und
elektronischen Bauteilen (7) auf einer Leiterplatte (6), bestehend aus einem
Gehäuseboden (2) und einer Abdeckung (3), dadurch gekennzeichnet, dass
innerhalb des Gehäuses (1) eine oder mehrere ausgedehnte Metallflächen (2,
10, 12, 13) zur Kondensation von Luftfeuchtigkeit angeordnet sind.
2. Kunststoffgehäuse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Metallflächen in Form von metallenen Umhüllungen der Bauteile (7) realisiert
sind.
3. Kunststoffgehäuse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Metallflächen durch Metallisierung der Innenseite des Kunststoffgehäuses
(1) ausgeführt sind.
4. Kunststoffgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Metallflächen durch ein metallenes Einlegeteil (12) verwirk
licht sind.
5. Kunststoffgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, dass das Kunststoffgehäuse (1) einen metallenen Gehäuseboden (2)
aufweist, der als Metallfläche dient.
6. Kunststoffgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Metallflächen in Form einer zusätzlichen metallenen Boden
platte (13) vorhanden sind.
7. Kunststoffgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Metallflächen (2, 10, 12, 13) zur erzwungenen Tropfenbil
dung einen wasserabweisenden Film aufweisen.
8. Kunststoffgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Metallflächen (2, 10, 12, 13) Rillen oder Erhebungen zur ge
lenkten Ableitung des Kondenswassers aufweisen.
9. Kunststoffgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, dass das Kunststoffgehäuse (1) zur Ableitung des Kondenswassers
Bohrungen (11) in der Leiterplatte (6) aufweist.
10. Kunststoffgehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, dass das Kunststoffgehäuse (1) zur Ableitung des Kondenswassers
Bohrungen (14) im Gehäuseboden (2) aufweist.
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