DE4231427A1 - Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Steuergerätes und Montageeinheit zur Herstellung eines elektrischen Steuergerätes - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Steuergerätes nach der Gattung des Anspruchs 1 und einer Montageeinheit zur Herstellung eines elektrischen Steuergerä­ tes nach der Gattung des Anspruchs 5. Derartige bekannte Steuergerä­ te weisen auf einer Leiterplatte neben einer Vielzahl von elektri­ schen Bauelementen auch ein oder mehrere mechanische Bauelemente auf, wie beispielsweise Füge-, Führungs-, oder Bestückungshilfen. Mit diesen mechanischen Bauelementen werden elektrische Bauelemente geführt, gestützt oder im Betrieb gesichert. Bei der Fertigung der­ artiger elektrischer Steuergeräte werden die Leiterplatten auf so­ genannten Nutzen gefertigt, d. h., bestückt und verlötet und an­ schließend aus diesem Nutzen herausgetrennt. Für einen betriebs­ sicheren automatischen Fertigungsvorgang ist es notwendig, daß die mechanischen Bauelemente fest mit dem Nutzen verbunden werden, z. B. durch verrastende Befestigungselemente. Die dafür notwendigen Be­ festigungselemente sind Teil der mechanischen Bauelemente und ragen zumeist durch Befestigungsöffnungen in der Leiterplatte. Die Be­ festigungselemente sind so ausgebildet, daß sie mit der Leiterplatte verrasten oder verriegeln. Durch diese Befestigungselemente und die entsprechenden Befestigungsöffnungen in der Leiterplatte werden aber erhebliche Tabuzonen beansprucht, die einer Bestückung bzw. einer aufzubringenden Leiterbahn hinderlich gegenüberstehen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Steuergerätes mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und die Montageeinheit zur Herstellung eines elektrischen Steuergerätes mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 5 haben demgegenüber den Vorteil, daß eine sichere Befestigung der mechanischen Bauele­ mente beim Herstellungsprozeß gewährleistet ist, und daß dennoch keine bzw. nur sehr geringe Tabuzonen auf den Leiterplattenober­ flächen (oben, unten) beansprucht werden. Demzufolge ist die nutz­ bare Leiterplattenfläche gegenüber herkömmlichen Leiterplatten ver­ größert.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Be­ schreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt in Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Nutzen zur Herstellung von Leiterplatten und in Fig. 2 einen Schnitt durch ein Verbindungselement für zwei zu einem Steuergerät gehörende Leiterplatten.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist mit 10 ein nur teilweise dargestellter sogenannter Nutzen bezeichnet, der zur Herstellung und Bestückung von Leiter­ platten dient. Auf diesem Nutzen 10 werden zwei Leiterplatten eines elektrischen Steuergerätes gebildet, eine Grundleiterplatte 11 und eine Zusatzleiterplatte 12. Diese im Fertigungszustand dargestellten Leiterplatten 11 bzw. 12 haben jeweils eine etwa rechteckige Grund­ fläche und liegen mit ihren Stirnseiten 13 bzw. 14 gegenüber. Durch Einschnitte 15 im Nutzen 10 sind die Konturen der Leiterplatten 11 bzw. 12 teilweise vorgegeben. Diese Einschnitte 15 befinden sich überwiegend in den von später noch zu erläuternden Bauelementen überdeckten Randbereichen der Leiterplatten 11 bzw. 12. Die nicht im Bereich von Einschnitten 15 liegenden Randbereiche 16 bis 19 der Leiterplatten 11 bzw. 12 sind dagegen fest mit dem Nutzen 10 bzw. mit dessen Rand 20 verbunden. Dies gilt insbesondere für die beiden einander gegenüberliegenden, durch die Randbereiche 19 bzw. 20 ge­ bildeten Stirnseiten 13 bzw. 14 der Leiterplatten 11 bzw. 12.

Jede der beiden Leiterplatten 11 bzw. 12 wird mit einer Vielzahl von elektrischen Bauelementen 22 bestückt, die nicht näher dargestellt sind, und von denen hier nur auf der Grundleiterplatte 11 einige Anschlußpins 23 dargestellt sind. Diese Anschlußpins 23 sind mit nicht dargestellten - an sich bekannten - Leiterbahnen der elektri­ schen Schaltung verbunden. Diese elektrischen Bauelemente 22 können auch Leistungsbauelemente sein, die sich im Betrieb des elektrischen Steuergerätes stark erwärmen. Zur Wärmeabfuhr sind diese an Kühlele­ menten 24 angeordnet, die mit der Leiterplatte verbunden sind. Über Federelemente 25 werden die Leistungsbauelemente bzw. elektrischen Bauelemente 22 zur Anlage an die Kühlelemente 24 gebracht. An der der Stirnseite 14 gegenüberliegenden Stirnseite 26 der Zusatzleiter­ platte 12 ist eine Steckerleiste 27 angebracht, deren Anschlußpins 28 mit den Leiterbahnen der elektrischen Schaltung verbunden sind. Die Grundleiterplatte 11 ist entsprechend an ihrer nicht darge­ stellten Stirnseite ebenfalls mit einer Steckerleiste versehen. Im Einbauzustand werden die Grundleiterplatte 11 und die Zusatzleiter­ platte 12 so übereinander angeordnet (zusammengeklappt), daß sich die Oberseite 29 der Steckerleiste 27 und die Oberseite der anderen Steckerleiste der Grundleiterplatte 11 gegenüberliegen.

Die Grundleiterplatte 11 und die Zusatzleiterplatte 12 sind dabei an ihren Stirnseiten 13 bzw. 14 durch die in Fig. 2 näher dargestellte Leiteranordnung 30 miteinander verbunden. Die Leiteranordnung 30 hat ein flexibles Leiterelement 31, das sich aus einer Vielzahl von ge­ geneinander isolierten einzelnen Leitern zusammensetzt. Die jeweili­ gen Enden des flexiblen Leiterelementes 31 durchdringen einen Steckerkörper 32 bzw. 33, an dessen Unterseite 34 bzw. 35 sich das flexible Leiterelement 31 in zwei Reihen von Anschlußenden 36 bzw. 37 auffächert. Jeder der Steckerkörper 32 bzw. 33 ist im wesentli­ chen als langgestreckter Quader mit etwa quadratischem Querschnitt aus einem isolierenden Kunststoff hergestellt, der an seinen beiden Längsseiten 38 bzw. 39 jeweils eine Längskerbe 40 bzw. 41 aufweist.

Jeder der Steckerkörper 32 bzw. 33 ist in einem mechanischen Bau­ element 43 fixiert, das zur Führung, Sicherung und Aufnahme des Steckerkörpers dient. Das mechanische Bauelement 43 ist im Quer­ schnitt U-förmig und hat eine Grundfläche 44 und zwei Seitenelemente 45 bzw. 46. In der Grundfläche 44 sind zwei Reihen von trichterför­ migen Führungsbohrungen 48 angeordnet, durch die die Anschlußenden 36 bzw. 37 des flexiblen Leiterelementes 31 ragen. An der Unterseite 49 der Grundfläche 44 sind mehrere mit Abstand zueinander angeordne­ te Abstandsstege 50 ausgebildet.

Die Seitenelemente 45 bzw. 46 haben an ihrer freien Stirnseite je­ weils einen nach innen weisenden Längskeil 52, der mit der Längsker­ be 40 bzw. 41 des Steckerkörpers 32 bzw. 33 zusammenwirkt. Im zu­ sammengebauten Zustand der Leiteranordnung 30 sind die Steckerkörper 32 und 33 so in die mechanischen Bauelemente 43 eingesetzt, daß die Anschlußenden 36 und 37 die Führungsbohrungen 48 durchdringen und die Längskeile 52 der Seitenelemente 45 bzw. 46 in die Längskerben 40 bzw. 41 verrastend eingreifen. Die mechanischen Bauelemente 43 sind im Bereich der Stirnseiten 13 bzw. 14 auf die Grundleiterplatte 11 bzw. die Zusatzleiterplatte 12 so aufgesetzt, daß die Abstands­ stege 50 aufliegen und die Grundflächen 44 einen geringen Abstand zu den Leiterplatten haben. An den Außenseiten der mechanischen Bau­ elemente sind Führungszapfen 53 ausgebildet, die in entsprechende Führungsbohrungen 54 in der Grundleiterplatte 11 bzw. der Zusatz­ leiterplatte 12 ragen. Die Leiterplatten 11 bzw. 12 sind in diesem Bereich der Stirnseiten 13 bzw. 14 mit zwei Reihen von nicht dar­ gestellten Lötöffnungen versehen, durch die die Anschlußenden 36 bzw. 37 des flexiblen Leiterelementes 31 im Einbauzustand ragen und mit der Leiterplatte bzw. den Leiterbahnen verlötet sind. Die mecha­ nischen Bauelemente 43 weisen an den einander gegenüberliegenden Stirnseiten 56 bzw. 57 jeweils zwei Stützelemente 58 auf. Diese ha­ ben einen an der Stirnseite 56 bzw. 57 angebrachten Steg 59, an des­ sen freier Außenseite jeweils ein Verriegelungszapfen 60 angeordnet ist. Dieser Verriegelungszapfen 60 hat ein etwa zylindrisches Grund­ element 61, an dessen Unterseite ein verdickter Verriegelungskörper 62 angebracht ist, der sich konisch verjüngt. Die Verriegelungskör­ per 62 sind verrastend in Bohrungen 63 im Nutzen 10 angeordnet, die sich zwischen der Grundleiterplatte 11 und der Zusatzleiterplatte 12 befinden.

Zum Herstellen des elektrischen Steuergerätes bzw. der Leiterplatten werden diese aus dem gemeinsamen Nutzen 10 gefertigt. Auf diesen Nutzen werden die nicht dargestellten Leiterbahnen aufgebracht und die entsprechenden Lötöffnungen hergestellt. Die Leiterplatten wer­ den anschließend mit den Kühlelementen 24 versehen, mit elektrischen Bauelementen 22 und den Steckerleisten 27 bestückt. Die mechanischen Bauelemente 43 werden so im Bereich der Stirnseiten 13 bzw. 14 der Grundleiterplatte 11 und der Zusatzleiterplatte 12 auf den Nutzen 10 aufgesetzt, daß die Führungszapfen 53 in die Führungsbohrungen 54 ragen. Gleichzeitig ragen die Verriegelungskörper 62 der Stützele­ mente 58 in die Bohrungen 63 zwischen der Grundleiterplatte 11 und der Zusatzleiterplatte 12. Dort verriegeln die Verriegelungskörper 62, so daß die mechanischen Bauelemente 40 sicher auf dem Nutzen 10 fixiert sind. Anschließend wird die Leiteranordnung 30 herunterge­ drückt, so daß die Steckerkörper 32 bzw. 33 in den mechanischen Bau­ elementen 43 verrasten, wobei die Anschlußenden 36 bzw. 37 des flexiblen Leiterelements 31 die Führungsbohrungen 48 und die darun­ terliegenden Lötöffnungen im Nutzen 10 bzw. in den Leiterplatten 11 bzw. 12 durchdringen. Der Nutzen 10 wird über ein Lötbad gebracht, so daß die Anschlußpins 23 der elektrischen Bauelemente 22, die An­ schlußpins 28 der Steckerleisten 29 und die Anschlußenden 36 bzw. 37 mit den entsprechenden Leiterbahnen der Leiterplatten verlötet wer­ den.

Anschließend werden die Grundleiterplatte 11 und die Zusatzleiter­ platte 12 aus dem Nutzen 10 herausgetrennt, z. B. gefräst, indem ein Trennschnitt angebracht wird. Dieser geht von den Einschnitten 15 im Nutzen 10 aus und verläuft im Bereich der Randbereiche 16 bis 19 der Leiterplatten 11 bzw. 12. Beim Trennen der Leiterplatten 11 bzw. 12 im Bereich ihrer Stirnseiten 13 bzw. 14 (Randbereiche 19 bzw. 20) werden auch die Grundelemente 61 und die Verriegelungskörper 62 der Stützelemente 58 abgetrennt, z. B. abgefräst.

Die beiden nun vereinzelten Leiterplatten 11 bzw. 12 sind jetzt nur noch durch die flexible Leiteranordnung 31 miteinander verbunden. Das flexible Leiterelement 31 ist so bemessen, daß die beiden Lei­ terplatten 11 und 12 übereinandergeklappt werden können, so daß die beiden Steckerleisten 27 sich gegenüberliegen bzw. ihre Oberseiten 29 aneinanderliegen. In diesem zusammengeklappten Zustand werden die bestückten und verlöteten Leiterplatten 11 bzw. 12 in ein nicht dar­ gestelltes Gehäuse des elektrischen Steuergerätes eingebracht.

Die Stützelemente 58 der mechanischen Bauelemente 43 der Leiter­ anordnung 30 sind so zwischen den beiden Leiterplatten 11 bzw. 12 angeordnet, daß diese beim Trennen ebenfalls abgetrennt werden. Damit liegen die Stützelemente bzw. das Grundelement 61 und der Ver­ riegelungskörper 62 nicht auf der Grundfläche der fertiggestellten Leiterplatten. Dadurch werden auf diesen auch keine Tabuzonen bean­ sprucht, so daß die für eine Bestückung bzw. Schaltungsanordnung er­ forderlichen Flächen größer sind.

Die Anordnung von Stütz- bzw. Verriegelungselementen von mechani­ schen Bauelementen 43 im Nutzen 10 bzw. Nutzenrand 20 außerhalb der eigentlichen Leiterplattenfläche eignet sich nicht nur für die hier beschriebene Leiteranordnung zur Verbindung zweier Leiterplatten. Auf diese Art kann jede Form von mechanischen Bauelementen 43 zur Führung, Stützung bzw. Sicherung von elektrischen Bauelementen 22, Baugruppen oder anderen Bauelementen des elektrischen Steuergerätes genutzt werden. Die Stütz- und Verriegelungselemente dieser am Rand der jeweiligen Leiterplatte angeordneten mechanischen Bauelemente überragen die Leiterplatte und verrasten in Bohrungen, die im fer­ tigungstechnisch bedingten, überstehenden Rand 20 bzw. im zwischen zwei Leiterplatten befindlichen Bereich des Nutzens angeordnet sind. Damit werden diese mechanischen Bauelemente beim Bestücken und Verlöten sicher auf dem Nutzen 10 fixiert und können nach dem Verlöten zusammen mit dem Nutzenrand 20 abgetrennt werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Steuergerätes mit mindestens einer Leiterplatte (11, 12) mit elektrischen Bauelementen (22) und mindestens einem mechanischen Bauelement (43), wobei die Leiterplatte (11, 12) auf einem Nutzen (10) bestückt und verlötet und anschließend aus diesem herausgetrennt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens ein mechanisches Bauelement (43) am Rand der Leiterplatte (11, 12) angeordnet wird und über mechanische Stützelemente (58) am Nutzen (10) befestigt wird, und daß die mecha­ nischen Stützelemente (58) bei dem Heraustrennen der Leiterplatte (10, 11) mit abgetrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mecha­ nischen Bauelemente (43) so angeordnet werden, daß ihre mechanischen Stützelemente (58) den Leiterplattenrand (16 bis 19) übergreifen und im freien Bereich (20) des Nutzens (10) außerhalb der Leiterplatten­ fläche befestigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Bauelemente (43) mit ihrer Längserstreckung im we­ sentlichen parallel zum Leiterplattenrand angeordnet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuergerät mindestens zwei elektrisch leitende, miteinander verbundene Leiterplatten (11, 12) hat, die nebeneinander auf dem Nutzen (10) angeordnet werden, wobei die mechanischen Stütz­ elemente (58) im Trennbereich der Leiterplatten (11, 12) angeordnet werden.

5. Montageeinheit zur Herstellung eines elektrischen Steuergerätes mit mindestens zwei Leiterplatten (10, 11) mit elektrischen Bauele­ menten (22), die über eine Leiteranordnung (30) elektrisch leitend miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter­ platten (10, 11) auf einem gemeinsamen Nutzen (10) angeordnet sind, daß die Leiteranordnung zwei jeweils mit einer der Leiterplatten verbundene mechanische Bauelemente (43) zur Führung und Aufnahme der Anschlußenden der Leiteranordnung aufweist, und daß jedes der mecha­ nischen Bauelemente (43) Stützelemente aufweist, die zwischen den beiden Leiterplatten mit dem Nutzen (10) verbunden sind.

6. Montageeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Bauelemente (43) im wesentlichen einen U-förmigen Quer­ schnitt haben und zur Aufnahme eines Steckerkörpers (32, 33) der Leiteranordnung (30) dienen.

7. Montageeinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteranordnung (30) ein flexibles Leiterelement (31) hat, dessen Anschlußenden (36 bzw. 37) jeweils durch einen Steckerkörper (32, 33) ragen.

8. Montageeinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steckerkörper (32, 33) der Leiteranordnung (30) so in die mechanischen Bauelemente (43) eingesetzt sind, daß der Steckerkörper (32, 33) und das mechanische Bauelement (43) miteinan­ der verrasten, wobei die Anschlußenden (36 bzw. 37) des flexiblen Leiterelementes (31) durch Führungsbohrungen (48) des mechanischen Bauelementes (43) ragen.