DE4340280C2 - Bauteilesatz für ein Gehäuse aus Kunststoff zum Aufnehmen von elektrischen Bauelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Bauteilesatz mit den im Oberbegriff des An­ spruchs 1 angegebenen Merkmalen. Aus der DE-AS 12 79 148 ist eine elektri­ sche Modulbaugruppe zur Aufnahme elektrischer Schaltelemente in Gestalt eines Stapels aneinandergereihter Rahmenteile aus Kunststoff bekannt, in welche elek­ trische Leiter eingebettet sind. Die Unterseite und die Oberseite des Rahmens sind einander ergänzend in der Weise ausgebildet, nämlich durch zueinander passenden Zapfen und Löcher, daß zwei gleiche Rahmen mit Unterseite und Oberseite im wesentlichen spielfrei zusammengefügt werden können. Mit der Un­ terseite des unteren Rahmens wird die Modulbaugruppe auf eine Schaltungsträ­ gerplatte montiert, nach oben hin ist sie offen. Die Modulbaugruppe kann ver­ schiedene elektrische Bauelemente, Sensoren und/oder Schaltungen aufnehmen.

Aus der WO 92/20 ist ein Bauteilesatz bekannt, bestehend aus einem Rah­ men, in welchen elektrische Leiter eingebettet sind, die von innen nach außen durch den Rahmen hindurchführen und insbesondere einem Leadframe angehö­ ren. Der Rahmen wird ergänzt zu einem Gehäuse durch eine Bodenplatte mit hochstehendem Rand und durch einen Deckel. Zur Bildung des Gehäuses werden der Rahmen, die Bodenplatte und der Deckel miteinander verklebt oder verschweißt.

Es ist üblich, Gestalt und Aufbau des Gehäuses den aufzunehmenden Bauele­ menten und dem Einsatzzweck anzupassen. Nachteilig dabei ist, daß man für ei­ ne Vielzahl unterschiedlicher Produkte eine Vielzahl unterschiedlicher Gehäuse hat. Es ist auch bekannt, vorgegebene Gehäuse für unterschiedliche Produkte zu verwenden und zu diesem Zweck den Träger für die elektrischen Bauelemente, Sensoren oder Schaltungen, die aufgenommen werden sollen, an das vorgege­ bene Gehäuse anzupassen. Eine solche Vorgehensweise hat jedoch den Nach­ teil, wenig flexibel zu sein, da der Anpassung des Bauelementeträgers durch den Zwang, eine vorbestimmte Art und Anzahl von Bauelementen aufnehmen zu müs­ sen, enge Grenzen gesetzt sind.

Aus der EP 0 078 405 A1 ist ein Gehäuse für elektrische Bauelemente bekannt, welches einen modularen Aufbau hat, bestehend aus Bodenteil, Deckel und da­ zwischen gefügten Rahmenteilen, welche an den einander zugewandten Seiten profiliert sind.

Aus der GB 2,064,879 ist ein mehrteiliges Gehäuse für elektrische Bauelemente bekannt, wobei zwischen den mittels eines Stufenprofils zusammengefügten Ge­ häuseteilen Dichtungen vorgesehen sind.

Aus der EP 0,511,014 A1 sind zweiteilige Kunststoffgehäuse bekannt, deren bei­ de Teile (Bodenteil und Deckelteil) mittels eines Stufenprofils zusammengefügt sind und von denen beide Teile eine Schaltungsträgerplatte aufnehmen.

Soweit der Stand der Technik geschlossene Gehäuse offenbart, ist eine nach­ trägliche Erweiterung des Gehäuses zur Aufnahme weiterer Bauelemente, Sen­ soren und/oder elektrischer Schaltungen ohne Beeinträchtigung oder Gefährdung der bereits im Gehäuse enthaltenen Bauelemente, Sensoren und/oder elektri­ schen Schaltungen nicht oder nur schwer möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vielseitig einsetzba­ res Gehäuse zu schaffen, bei welchem eine nachträgliche Erweiterung leicht möglich ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Bauteilesatz mit den im Anspruch 1 ange­ gebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen­ stand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung schlägt vor, aus wenigen gleichen Grundelementen unterschiedli­ che Gehäuse zusammenzufügen, nämlich aus einem Boden, einem Rahmen und einem Deckel, wobei der Rahmen in besonderer Weise so ausgebildet ist, daß seine Unterseite und seine Oberseite sich ergänzend in einer Weise ausgebildet sind, daß zwei gleiche Rahmen mit Unterseite und Oberseite spielfrei zusammen­ gefügt werden können. In seiner einfachsten Ausführungsform besteht das Ge­ häuse demnach aus einem Boden, einem Rahmen und einem Deckel, doch kann das Gehäuse durch Einfügen eines oder mehrerer unterschiedlicher gleicher Rahmen ohne Schwierigkeit und mit geringstem Aufwand vergrößert werden und kann dann weitere Bauelemente oder Schaltungen aufnehmen.

Wenn hier von untereinander gleichen Rahmen die Rede ist, dann ist damit der Kunststoffkörper gemeint. Die Leiter, die beim Spritzgießen in diesen eingebettet werden und demgemäß vor dem Spritzgießen in die Spritzgießform eingelegt werden, können je nach Einsatzzweck in unterschiedlicher Zahl und Form vor­ handen sein. Zweckmäßigerweise verwendet man zu diesem Zweck Leadframes (das sind rahmenförmige Leiterbilder aus planaren metallischen Teilen zur Kon­ taktierung einer elektronischen/elektrischen Schaltung) oder Stanzgitter, in wel­ chen anwendungsbezogen die benötigten Leiter nach Anzahl und Form gebildet werden können und die - bei gleichbleibenden Außenmaßen des Stanzgitters bzw. Lead­ frames - auch in unterschiedlicher Ausprägung der Lei­ terbahnen problemlos in ein und dieselbe Spritzgießform eingelegt werden können.

Boden, Rahmen und Deckel können auf an sich bekannte Weise miteinander verbunden werden, z. B. durch Kleben oder Schweißen, insbesondere durch Reibschweißen oder Ultraschallschweißen. Dabei kann zur Verbesserung der Gehäusedichtigkeit auch umlaufend eine Dichtung vorge­ sehen sein.

Elektrische Leiter können nicht nur in den Rahmen, son­ dern nach Bedarf auch in den Boden und in den Deckel eingebettet werden, wodurch sich die Möglichkeit er­ öffnet, an diesen zusätzliche Bauelemente anzubringen, am Boden zum Beispiel eine Leiterbahn zur Bildung eines Massekontaktes, die zu einer an der Außenseite des Gehäuses liegenden Befestigungsbohrung durch den Boden hindurch führen kann.

Die durch den Rahmen in das Gehäuse führenden elektri­ schen Leiter sind zweckmäßigerweise Stanz-Biegeteile, mit denen man auf der Außenseite des Gehäuses durch den Vorgang des Spritzgießens selbst einen Stecker als Schnittstelle bilden kann, insbesondere in der Weise, daß am Rahmen ein sich nach außen erstreckender An­ satz angeformt ist, der ein Sackloch hat, in welchem die Leiter enden.

Im Innern des Gehäuses können die Leiter auf herkömmliche Art mit den elektrischen Bauelementen, Sensoren oder Schal­ tungen, die aufgenommen werden sollen, verbunden werden, z. B. durch Löten oder Bonden. Befinden sich die Bauelemente auf Schaltungsträgerplatten, dann ist es besonders günstig, diese durch Einpreßtechnik mit den Enden der durch den Rahmen hindurchführenden Leiter zu verbinden, wodurch die Leiter nicht nur den elektrischen Kontakt herstellen, son­ dern zugleich die Schaltungsträgerplatte im Gehäuse halten und fixieren.

Sofern der Deckel nicht zugleich Raum für weitere Bauele­ mente bieten soll, kann man als Deckel auch einfach eine ebene Platte verwenden. Eine solche Platte kann nicht nur als Deckel des Gehäuses dienen, sondern auch als Trennwand zwischen zwei Gehäuseabteilen. Besonders günstig ist es, die Deckelplatte zu diesem Zweck mit einer umlaufenden Sollbruchstelle zu versehen und auf der Oberseite des Rahmens einen dazu passenden, innenliegenden Absatz zu bilden; will man die Deckelplatte als Deckel benutzen, verwendet man sie in voller Größe und verbindet sie mit dem oberen Rand des Rahmens; will man die Deckelplatte als Zwischenwand verwenden, bricht man den Rand der Deckelplatte längs der Sollbruchstelle ab und befestigt die so verkleinerte Platte auf dem tieferliegenden Ab­ satz des Rahmens.

Ein besonderer Vorteil der mit umlaufender Sollbruch­ stelle versehenen Deckelplatte liegt darin, daß eine nachträgliche Erweiterung des Funktionsumfanges der im Gehäuse untergebrachten Schaltung ermöglicht: Zu diesem Zweck kann man einfach einen an seiner Unterseite komplementär zum Rahmen profilierten Deckel mit einer die Erweiterung enthaltenden Schal­ tungsträgerplatte auf die bisherige Deckelplatte aufsetzen und sie eindrücken, ohne sie entfernen zu müssen. Bedarfsweise kann man natürlich auch einen oder mehrere weitere Rahmen mit eingesetzten weiteren Schaltungsträgerplatten in der beschriebenen Weise einfügen.

Erweitert man den Innenraum eines Rahmens um einen zweiten Rahmen oder um einen als Haube ausgebildeten Deckel, dann kann man in dem erweiterten Raum liegen­ de Bauelemente nach Wahl durch elektrische Leiter kontaktieren, die durch den Deckel oder durch den zweiten Rahmen hindurchführen. Man kann aber auch - um eine zweite Schnittstelle zu vermeiden, die dort liegenden Bauelemente durch Leiter kontak­ tieren, die durch den ersten Rahmen hindurchführen. Zu diesem Zweck werden die Leiterbahnen im Innern erfindungs­ gemäß abgeknickt, so daß ein Teil gegen den Boden und ein anderer Teil der Leiter gegen den Deckel weist, wobei diese beiden Gruppen von Leitern vorzugsweise in getrennten Ebenen durch den Rahmen hindurchgeführt sind. Eine solche Anordnung ist selbst dann noch möglich, wenn zwischen zwei benachbarten Rahmen oder zwischen Rahmen und Deckel als Trennwand eine Platte liegt, wenn sich in dieser Platte an den vorgegebenen Stellen, wo sich die abgewinkelten Enden der Leiter befinden, punktförmige Sollbruchstellen befinden, die von den Leitern durch­ stoßen werden können. Dieses ist erfindungsgemäß vorgesehen.

Führen die Leiter nur von einer Seite an die Schal­ tungsträgerplatte heran, dann können die elektrischen Leiter allein die Schaltungsträgerplatte nicht hal­ ten. In diesem Fall benötigt man am gegenüberliegen­ den Rand noch eine Abstützung, z. B. durch eine in den Rahmen eingeformte Nut oder durch in den Rahmen eingespritzte Stifte, welche wie die elektrischen Leiter durch Einpreßtechnik mit der Schaltungsträger­ platte kontaktiert werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beige­ fügten Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein aus den Grundelementen des erfindungsgemäßen Bausatzes gebildetes Gehäuse in einer Explosionsdarstellung im Längsschnitt,

Fig. 2 zeigt in einem Längsschnitt ein daraus gebildetes einfachstes Gehäuse,

Fig. 3 zeigt ein gegenüber der Darstellung in Fig. 2 durch einen haubenförmigen Deckel abgeschlossenes Gehäuse,

Fig. 4 zeigt ein gegenüber der Fig. 2 um einen weiteren Rahmen erweitertes Gehäuse,

Fig. 5 zeigt ein Gehäuse, welches gegenüber dem in Fig. 4 dargestellten Gehäuse durch einen haubenartigen Deckel abgeschlossen ist, und die

Fig. 6 bis 11 zeigen verschiedene Möglichkeiten der Abdichtung an der Fügestelle zwischen zwei Gehäuseteilen.

Fig. 1 zeigt als Element des erfindungsgemäßen Bau­ teilesatzes einen als Kunststoff gespritzten Rahmen 1 als Grundelement des Gehäuses. Dieser Rahmen ist an seiner Unterseite 2 und an seiner Oberseite 3 offen. An seiner Unterseite ist ein Absatz 4 gebildet, von welchem ein Vorsprung 5 nach unten ragt, dessen Augen­ maß mit dem Innenmaß d im oberen Bereich des Rahmens übereinstimmt, so daß ein gleichartiger Rahmen 1 - wie in Fig. 4 dargestellt - mit seinem Fortsatz 5 in den oberen Abschnitt des anderen Rahmens 1 spiel­ frei gesteckt werden kann. Die Oberseite 3 und die Unterseite 4 haben somit eine sich ergänzende, das spielfreie zusammenstecken ermöglichende Profilierung.

An einer der Seitenflächen des Rahmens ist ein Ansatz 6 angeformt mit einer nach außen offenen Ausnehmung 7, in welcher die Enden 8 von Leitern 9 und 10 enden, welche eine Steckerleiste bilden und die Wand des Rahmens 1 durchqueren, in welche sie durch Spritzgießen eingebettet sind. Die Leiter 9 und 10 sind vorzugs­ weise aus einem Stanzgitter entstanden und sind Stanz-Biegeteile, die rechtwinklig geknickt sind, so daß ihre im Innenraum des Rahmens 1 liegenden Enden 11 und 12 in entgegengesetzte Richtungen weisen, nämlich nach unten und nach oben. An der den Leitern 9 und 10 gegenüberliegenden Wand des Rahmens 1 ist ein den Leitern 9 und 10 zugekehrter Vorsprung ausge­ bildet, in welchen Kontaktstifte 14 eingebettet sind, welche je nach Anwendungsfall mit Leitern 9, 10 im Ansatz 6 Verbindung haben oder nicht; im zuletzt ge­ nannten Fall dienen sie nur als Halteelemente für eine Schaltungsträgerplatte 15, auf welcher sich elektrische Bauelemente 16 befinden. Die Schaltungsträgerplatte hat zu diesem Zweck Bohrungen 17, die von Federklemmen 18 übergriffen werden, in welche die Stifte 11, 12 und 14 durch die Schaltungsträgerplatte 15 hindurchgreifend eingepreßt werden können.

Nach unten wird der Rahmen 1 durch einen Boden 20 verschlossen, der umlaufend einen dem Rahmen 1 zuge­ kehrten Vorsprung 21 hat, dessen Innenmaß überein­ stimmt mit dem Außenmaß des Vorsprungs 5 des Rahmens 1. Außerhalb des Vorsprungs 21 befinden sich Be­ festigungsbohrungen 22, mit denen die Bodenplatte und mit ihr das Gehäuse am Einsatzort befestigt wer­ den kann. In einer Ausnehmung der Bodenplatte kann, wenn gewünscht, eine plattenförmige Wärmesenke 23 liegen, um Verlustwärme von Bauelementen 16 aufzu­ nehmen und nach außen abzuleiten. Die Wärmesenke 23 kann von vornherein in die Bodenplatte 20 eingespritzt sein.

Nach oben hin kann der Rahmen 1 durch einen Deckel 30 in Gestalt einer verhältnismäßig dünnen Platte verschlossen werden, die zweckmäßigerweise aus einem Hartkunststoff besteht, aber auch aus anderem isolierendem Material be­ stehen kann, z. B. aus einer Keramik. Zur Aufnahme des Deckels 30 ist an der Oberseite 3 des Rahmens 1 ein um­ laufender innenliegender Absatz 19 vorgesehen, welcher den Deckel 30 spielfrei aufnimmt. Der Deckel hat um­ laufend eine Sollbruchstelle 31, entlang welcher der Rand 32 des Deckels abgebrochen werden kann. Die Breite des Randes 32 entspricht der Breite des Absatzes 19 (siehe Fig. 2), so daß der Deckel 30 unter Abbrechen des Randes 32 über den Absatz 19 heruntergedrückt wer­ den kann, wobei der Rand 32 auf dem Absatz 19 liegen bleiben kann. Damit der Deckel 30 dabei über die Stifte 12 und 13 gleiten kann, besitzt er an den entsprechen­ den Stellen punktförmige Sollbruchstellen 33, die von den Stiften 12 und 14 durchgedrückt werden können. Tut man das, nimmt der Deckel 30 die in Fig. 3 eingezeich­ nete Lage ein.

Viertes Element des Bauteilsatzes ist ein Deckel 40, welcher im Gegensatz zum Deckel 30 auf der Unterseite nicht eben, sondern in entsprechender Weise profiliert ist wie die Unterseite des Rahmens 1 und deshalb in entsprechender Weise formschlüssig von oben her mit dem Rahmen 1 zusammengefügt werden kann, wobei die an der Unterseite des Deckels vorgesehenen Absätze 41 dazu dienen können, eine weitere Schaltungsträgerplatte 15a zwischen dem Deckel 40 und dem Rahmen 1 zu fixieren, vorzugsweise unter Zwischenfügen des dünnen Deckels 30, welcher in diesem Fall die Aufgabe einer Zwischenwand erfüllt (siehe Fig. 3).

Der in Fig. 2 dargestellte Grundaufbau des Gehäuses kann leicht erweitert werden, indem man auf den Rahmen 1 einen oder mehrere weitere Rahmen 1 aufsetzt, wobei man zweckmäßigerweise den Deckel 30 unter Abbrechen seines Randes 32 vorher herabdrückt. Ein um einen zweiten Rahmen erweitertes Gehäuse ist in Fig. 4 dar­ gestellt. Anstatt das Gehäuse gemäß Fig. 4 durch einen dünnen Deckel 30 abzuschließen, kann man es aber auch, wie in Fig. 3, durch den profilierten Deckel 40 abschließen und dadurch eine dritte Ebene schaffen, in welcher eine dritte Schaltungsträgerplatte 15b fixiert werden kann (siehe Fig. 5).

Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß ein Gehäuse, wie es in Fig. 2 oder in Fig. 4 dargestellt ist, auch noch nachträglich um weitere Einheiten erweitert werden kann.

So kann man z. B. das in Fig. 2 dargestellte Gehäuse durch Eindrücken der Deckelplatte 30, ohne sie ent­ fernen zu müssen, um einen Deckel 40 mit eingesetzter Schaltungsträgerplatte 15a erweitern und kommt dann zu dem in Fig. 3 dargestellten Aufbau. Auf entsprechen­ de Weise kommt man von dem in Fig. 4 dargestellten Gehäuseaufbau zu dein in Fig. 5 dargestellten.

Die Gehäuseteile können in an sich bekannter Weise miteinander verschweißt oder verklebt werden (siehe z. B. Fig. 11). Will man jedoch die Möglichkeit eines Zugangs zum Gehäuseinneren bewahren, dann müssen die Gehäuseteile miteinander verspannt werden, z. B. durch von oben nach unten durchgehende Spannschrauben. In diesem Fall wird an den Fügestellen zweckmäßigerweise eine umlaufende Dichtung vorgesehen, wofür in den Fig. 6 bis 10 verschiedene Beispiele dargestellt sind: In Fig. 6 eine Außendichtung, in Fig. 7 eine Innendich­ tung, in Fig. 8 eine innenliegende O-Ring-Dichtung und in Fig. 9 und 10 (Fig. 10 zeigt vergrößert eine Einzel­ heit aus Fig. 9) eine gepreßte Verzahnung, wobei die bei­ den zusammenzupressenden Flächen gezahnt sind und die Verzahnungen etwas gegeneinander versetzt sind, so daß sich eine Flankenpressung ergibt.

Claims (7)

1. Bauteilesatz für ein Gehäuse aus Kunststoff zum Aufnehmen von elektrischen Bauelementen, Sensoren und/oder Schaltungen,
mit einem Rahmen (1), in welchen elektrische Leiter (9, 10) eingebettet sind, wobei die Unterseite (2) und die Oberseite (3) des Rahmens (1) einander er­ gänzend in der Weise ausgebildet sind, daß zwei gleiche Rahmen (1) mit Un­ terseite (2) und Oberseite (3) im wesentlichen spielfrei zusammengefügt wer­ den können,
mit einem dem Rahmen (1) auf seiner Unterseite (2) einzufügenden Boden (20),
und mit einem dem Rahmen (1) auf seiner Oberseite (3) anzufügenden Dec­ kel (30, 40), dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Leiter (9, 10) von In­ nen nach Außen durch den Rahmen (1) hindurchführen und im Innenraum des Rahmens (1) quer zur Rahmenebene abgewinkelte Abschnitte (11, 12, 14) haben,
und daß der Deckel (30) eine Platte ist und punktförmige Sollbruchstellen (33) zum Bilden von Öffnungen für den Durchtritt der abgewinkelten Enden (12, 14) der Leiter hat.

2. Bauteilesatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (30) eine umlaufende Sollbruchstelle (31) und der Rahmen (1) auf seiner Oberseite (3) einen dazu passenden innenliegenden Absatz (19) hat.

3. Bauteilesatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Reihen von Leitern (9, 10) in zueinander parallelen Ebenen den Rahmen (1) durchqueren und im Innenraum in entgegengesetzte Richtungen abgewinkelt sind.

4. Bauteilesatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die aus dem Rahmen (1) nach außen vorstehenden Enden (8) der Leiter (9, 10) zur Bildung eines Steckers in einem Gehäuseansatz (6) liegen.

5. Bauteilesatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Unterseite (2) und die Oberseite (3) des Rahmens (1) durch Profilieren einander ergänzend ausgebildet sind.

6. Bauteilesatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Dich­ tung (Fig. 6-8) enthält und daß die Unterseite (2) und Oberseite (3) des Rahmens (1) so profiliert sind, daß zwischen zwei zusammengefügten Rah­ men (1) umlaufend ein Spalt zur Aufnahme der Dichtung (Fig. 6-8) besteht.

7. Bauteilesatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein weiterer Deckel (40) vorgesehen ist, in den elektrische Lei­ ter eingebettet sind, die von innen nach außen durch den Deckel (40) hin­ durchführen, daß der Deckel (40) an seiner Unterseite ein zur Oberseite des Rahmens (1) passendes Profil hat und daß der Deckel (40) Raum zum Auf­ nehmen einer Schaltungsträgerplatte (15a) hat.