DE4441044C2

DE4441044C2 - Befestigungselement für elektrische Bauteile

Info

Publication number: DE4441044C2
Application number: DE19944441044
Authority: DE
Inventors: Alois Karl; Manfred Maul
Original assignee: Becker GmbH
Current assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH
Priority date: 1994-11-18
Filing date: 1994-11-18
Publication date: 1998-11-12
Anticipated expiration: 2014-11-19
Also published as: DE4441044A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement für elektrische Bauteile insbesondere an Kühlelementen. Es sind verschiedene Arten von derartigen Befestigungselementen oder entsprechende Befestigungsarten, wie zum Beispiel das Verschrauben, das Festlöten, das Verrasten bekannt. Diese Befestigungsvarianten erweisen sich aber im Fertigungsprozeß als umständlich umzusetzen, oder sie zeigen den Nachteil, daß sie nicht wieder lösbar oder nur unter größten Schwierigkeiten lösbar sind.

Aus der DE 35 24 002 A1 ist bekannt ein Dickfilmbauteil mit einer Klammer an einem Kühlelement zu befestigen. Dabei wird das Dickfilmbauteil durch eine thermisch leitende elektrische Isolationsfolie und durch eine polarisierbare Abschirmfolie von dem Kühlkörper getrennt. Weiterhin wird durch Umklappen der Abschirmfolie über das Dickfilmbauteil eine polarisierbare Hülle gebildet und diese durch die Klammer auf dem Dickfilmbauteil und diese gemeinsam an dem Kühlkörper fixiert. Dieses Art der Befestigung erweist sich als fertigungstechnisch sehr schwierig und in seinem Fertigungsergebnis als sehr schwankend, was die Häufigkeit des Lösens der Befestigung im Rahmen des Fertigungsprozesses inakzeptabel hoch hält.

Der Erfindung liegt unter Berücksichtigung dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungselement für elektrische Bauteile zu schaffen, das bei möglichst einfacher Montage eine möglichst sichere und eine unter angemessenen Schwierigkeiten wieder lösbare Befestigung darstellt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, ein Befestigungselement zweiteilig aus einer Klammer und einer Hülse auszubilden. Die Hülse soll das elektrische Bauteil zumindest teilweise umgreifen. Das elektrische Bauteil, das beispielsweise ein Leistungsverstärkerbauteil ist, wird mit der Hülse in die vorgesehene Lage mit flächigem Kontakt zu dem Kühlkörper gebracht und dort durch die Klammer, welche über die Hülse geschoben wird, an dem Kühlkörper befestigt. Durch die erfindungsgemäße Art der Befestigung mit einer Klammer läßt sich die Montage wesentlich vereinfachen und der Montageaufwand reduzieren. Zudem läßt sich eine solche Klemmverbindung mit vertretbarem Aufwand wieder lösen, was im Hinblick auf die Reparaturfreundlichkeit von wesentlicher Bedeutung ist. Weiterhin gelingt es durch die Verwendung der Hülse auf sehr vorteilhafte Weise, unnötig hohe Kräfte durch das flächenhafte Ableiten der quasipunktuellen Klemmenkräfte durch die Klammer auf das elektrische Bauteil zu vermeiden, was zu einer sicheren und damit die Fertigungsqualität erhöhenden Befestigungsart führt. Weiterhin wird durch die Hülse nicht nur die Spitze der Kräfte auf das elektrische Bauteil begrenzt, sondern es werden darüberhinaus die Schubkräfte von der Klammer auf das elektrische Bauteil weitgehend verhindert, welche beim Schieben der Klammer über die Hülse mit dem darin angeordneten Bauteil entstehen. Dadurch gelingt es auf technisch sehr einfache Weise, die Position des elektrischen Bauteils während des Fertigungsprozesses beizubehalten, was wiederum zu einer wesentlich verbesserten Fertigungsqualität aufgrund der erhöhten Konstanz der optimierter Lage führt.

Ohne Beschränkung auf diese Formgebung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Klammer als U-förmiges Federelement auszubilden, welches aufgrund seiner Formgebung in seinen Federeigenschaften durch Veränderung der Materialstärke, der Materialeigenschaften, der Länge der Schenkel des U-förmigen Federelements, der Orientierung der Schenkel oder der Scheitellänge den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend dem jeweiligen Bauteil und dem jeweiligen Kühlkörper angepaßt werden kann, was wiederum die Sicherheit und damit die Qualität der Befestigung erhöht.

Vorzugsweise wird die Hülse als U-förmiges Element ausgebildet, was ein Umschließen des elektrischen Bauteils und damit ein Schützen dieses durch die Hülse auf vorteilhafte Weise ermöglicht, denn diese Formgebung entspricht einer Vielzahl von elektrischen Bauteilen, und sie gewährleistet darüberhinaus ein Verbleiben auf dem Bauteil, da die Hülse im aufgesteckten Zustand nicht durch jede kleine Erschütterung von dem elektrischen Bauteil herunterrutscht. Auch dies führt zu einer vereinfachten Montage.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, die U-förmigen Elemente so anzuordnen, daß die Klammer die Hülse U-förmig umschließt. Diese Anordnung gewährleistet den vielfältigen Einsatz bei fast allen elektrischen Bauteilen, was die Handhabbarkeit dieses Befestigungselements verbessert.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist durch die Wahl des Abstandes der Schenkelenden der U-förmigen Klammer kleiner als der Scheitelabstand der U-förmigen Hülse gegeben. Diese Ausbildung gewährleistet eine sichere Klemmwirkung durch die Klammer über die Hülse und damit auf das elektrische Bauteil. Durch diese Ausbildung läßt sich, soweit der Abstand der Schenkel der Klammer an den Schenkelenden minimal ist, eine sehr fein dosierbare Klemmwirkung erreichen, welche umso besser dosierbar ist, je länger die Schenkel der Klammer sind.

Vorzugsweise wird die Hülse oder die Klammer mit einer oder mehreren Einbuchtungen versehen, die mit einer oder mehreren Ausbuchtungen an dem anderen Teil in Eingriff treten können. Dabei ist die Formgebung und die Anordnung der Einbuchtungen bzw. der Ausbuchtungen beliebig. Es können mehrere Einbuchtungen bzw. mehrere Ausbuchtungen auf einem Teil der Hülse oder der Klammer angeordnet sein, sogar eine gemischte Anordnung aus Einbuchtungen und Ausbuchtungen ist möglich. Durch die Eingriffsmöglichkeit der Ausbuchtungen in die Einbuchtungen werden bevorzugte Lagen festgelegt, welche je nach Positionierung eine Ausgangslage vor der Montage oder eine Endlage, also die Montagelage darstellen. Werden die wechselwirkenden Einbuchtungen bzw. Ausbuchtungen im Bereich des Scheitels der U-förmigen Hülse bzw. im Bereich der Enden des oder der Federarme angeordnet, so ist eine vorteilhafte Ausgangslage gegeben, die im eingerasteten Zustand ein einfaches und sicheres Handhaben des Befestigungselementes als zusammenhängendes Ganzes erlaubt. In diesem eingerasteten Zustand läßt sich das Befestigungselement in sehr einfacher und äußerst montagefreundlicher Weise über den Leistungshalbleiter oder Leistungsverstärker zusammen mit dem Kühlkörper schieben. Dabei wird in einem ersten Schritt die Hülse mit der angeordneten Klammer über das Leistungsbauteil und den Kühlkörper geschoben. Zu diesem Zeitpunkt läßt sich die Position des Leistungsbauteils zum Kühlkörper den gewünschten Bedingungen noch anpassen. Im nächsten Montageschritt wird dann die Klammer über die Hülse geschoben, indem die Einbuchtungen und die Ausbuchtungen außer Eingriff gebracht werden und anschließend die Klammer entlang den Schenkeln der Hülse verschoben wird, wodurch das Leistungsbauteil durch die Klemmwirkung an dem Kühlkörper befestigt wird. Eine solche Anordnung der Ein- bzw. Ausbuchtungen ermöglicht somit eine besonders einfache und sichere Montage des Befestigungselementes und damit des Leistungsbauteils am Kühlelement.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung werden die Ein- bzw. die Ausbuchtungen der Hülse nicht oder nicht nur im Bereich des Scheitels, sondern im Bereich der Schenkelenden angeordnet, wodurch die Möglichkeit geschaffen wurde, nicht nur eine Ausgangs-, sondern zusätzlich eine Endlage zu definieren. Dies ermöglicht in noch besserer Weise, die Kraftverhältnisse festzulegen und damit die Montagebedingungen noch klarer festzulegen, was sich auf die Montagefreundlichkeit sowie die Montagesicherheit in Hinblick auf zu hohe auf das Leistungsbauteil wirkende Kräfte positiv auswirkt.

Die Formgebung der Ein- bzw. der Ausbuchtungen kann vielfältigster Art sein, sie kann punktförmig oder ausgedehnt sein, lediglich das Ineinandergreifen beschränkt die Vielfalt. Als besonders vorteilhafte Ausbildungen der Ein- bzw. Ausbuchtungen haben sich Rinnen und dazu passende langgestreckte Erhebungen erwiesen. Diese gewährleisten je nach Anordnung eine sichere Ausgangs- bzw. Endposition - Anordnung quer zur Schieberichtung - oder eine gute Führungseigenschaft - Anordnung längs zur Schieberichtung. Insbesondere die Führungseigenschaft erweist sich als vorteilhaft, da dadurch ein seitliches Auseinanderrutschen beim Aufschieben der Klammer über die Hülse nahezu ausgeschlossen ist. In diesem Fall sind derartige Montageprobleme nicht gegeben.

Werden die Ein- bzw. Ausbuchtungen tiefer bzw. höher ausgebildet, wird die Rastwirkung verstärkt, werden sie erniedrigt bzw. abgeflacht, wird die Rastwirkung dagegen abgeschwächt. Durch diese Variationen läßt sich je nach Funktion der Ein- bzw. Ausbuchtungen die geeignete Rastwirkung wählen. Bei einer Ausbildung der Ein- bzw. Ausbuchtungen zur Sicherung der Ausgangslage wird die Rastwirkung so gering gewählt, daß ein einfaches Entrasten und Darüberschieben der Klammer über die Hülse gewährleistet ist, ohne dabei die sichere Handhabung vor dem Darüberschieben zu gefährden. Soll dagegen eine Rastwirkung der Ein- bzw. Ausbuchtungen für eine Endposition gewählt werden, wird diese höher gewählt, da eine dauerhafte und sichere Befestigung gegeben sein soll, welche lediglich für den Fall von Reparaturen wieder lösbar sein soll. Dies ist aber grundsätzlich aufgrund der Federwirkung der Klammer mit unterschiedlich einfachem Aufwand möglich. Auf diese Art und Weise wird ein sehr differenziertes System von Befestigungsvarianten je nach Aufgabenstellung zur Verfügung gestellt, was die Handhabung dieser Befestigungselemente gegenüber dem genannten Stand der Technik verbessert.

Eine besondere Ausbildung des erfindungsgemäßen Befestigungselementes zeigt den Aufbau der Hülse aus einem plastischen oder semiplastischen Material, das überhaupt nicht oder nicht in dem Maße federnd wirkt, daß es auf das elektrische Bauteil aus sich selbst heraus eine Federkraft ausübt und die Kraft der Klammer flächig auf das elektrische Bauteil verteilt, indem es ggf. insoweit verformt wird, bis ein ausreichender Widerstand der Hülse gegen die Klammer gebildet ist. Dies erfolgt ohne daß die Hülse von der Klammer durchstoßen wird. Durch die Wahl dieses Materials läßt sich die Funktion der Hülse in besonderem Maße realisieren. Bei der Verwendung mit Leistungsbauteilen erweist sich dieses gewählte Material, wenn es thermisch gut leitend ist, als sehr vorteilhaft, da in diesem Fall eine zweite Wärmebrücke vom elektrischen Bauteil zum Kühlkörper gegeben ist. Geeignete Beispiele für derartige Materialien sind verschiedene weiche Metalle.

Bevorzugte Materialien für die Klammer sind Federstahl und federnde Kunststoffe. Der Federstahl zeigt neben seiner thermisch gut leitenden Eigenschaft eine besondere Langzeitstabilität gegen die verschiedensten Arten von Belastungen wie hohe Temperaturen, Feuchtigkeit, mechanische Belastungen und chemische Belastungen z. B. durch ausdampfende elektronische Bauteile oder Schaltungen. Durch diese Langzeitstabilität werden definierte Montage- und Reparaturbedingungen geschaffen, die die Handhabung des Befestigungselementes wesentlich vereinfachen. Durch die Wahl von federndem Kunststoff als Klammermaterial wird sichergestellt, daß die Klammer nicht als Antenne wirken kann, was bei einer Anwendung in Rundfunk-, Funk- oder Fernsehgeräten von besonderer Bedeutung ist, da die EMV-Stabilität dieser Geräte ein wesentliches Qualitätskriterium darstellt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Aufbau des Befestigungselementes in einer Ausgangsposition,

Fig. 2 das Befestigungselement in einer Phasendarstellung vor und nach der Montage.

Fig. 1 zeigt ein Befestigungselement für elektrische Bauteile in einer vormontierten Anordnung. Das Befestigungselement besteht aus zwei Teilen, einer Klammer 1 und einer Hülse 2. Die Klammer 1 ist als U-förmiges Federelement ausgebildet, welches einen Scheitel 3 und zwei Schenkel 4 aufweist. Die Schenkel 4 zeigen auf ihrer Innenseite im Bereich ihrer Enden zwei Ausbuchtungen 5. Diesen Ausbuchtungen 5 sind zwei Einbuchtungen 6 auf der Außenseite der U-förmigen Hülsen 2 zugeordnet. Die Einbuchtungen 6 sind im Bereich des Scheitels 7 der U-förmigen Hülse 2 angeordnet, wodurch es möglich wird, die beiden Teile Klammer 1 und Hülse 2 zu montieren. Das vormontierte Befestigungselement wird bei der endgültigen Montage, soweit die Hülse 2 reicht, über das Leistungsbauteil 10 mit dem Kühlelement, bzw. Kühlkörper 9 geschoben, so daß die Schenkel 8 der U-förmigen Hülse 2 das Leistungsbauteil 10 und den Kühlkörper 9 umfassen. Nach dem Aufsetzen der Hülse 2 wird die Klammer 1 längs über die Hülse 2 geschoben, wodurch die Ausbuchtungen 5, welche in die Einbuchtungen 6 eingreifen, außer Eingriff gelangen und im folgenden über die ebenen Schenkel 8 gleiten. Während dieses Gleitens wird die Federkraft auf den bzw. die Schenkel 8 der Hülse 2 übertragen, wo sie flächig an das Leistungsbauteil 10 und den Kühlkörper 9 übertragen wird. Dadurch gelingt es einerseits, unnötige, eventuell schädliche Belastungen auf das Leistungsbauteil 10 zu vermeiden, und andererseits Schubkräfte, welche das Leistungsbauteil 10 gegenüber dem Kühlkörper 9 verschieben würden, zu vermeiden, da diese Schubkräfte durch die Klammer 1 allein auf die Hülse 2 übertragen werden, welche diese Schubkräfte aufnimmt und kompensiert. Diese Wirkungen ermöglichen eine besonders einfache Handhabung bei der Montage des Befestigungselementes, welches nun erfindungsgemäß besonders sicher die Leistungsbauteile und die Kühlkörper miteinander verbindet. Dabei zeigt sich, daß diese Befestigung aufgrund der Federwirkung der Klammer 1 zu einem späteren Zeitpunkt im Reparaturfalle ohne Abfallprodukte auf besonders einfache Weise gelöst werden kann.

Fig. 2 zeigt in einer Phasendarstellung das erfindungsgemäße Befestigungselement vor der eigentlichen Montage und nach der Montage eines elektrischen Bauteils, welches hier ein Leistungsbauteil 10 darstellt, welches an einen Kühlkörper 9 befestigt ist. Dabei wird deutlich, daß die Klammer 1 bis zum Anschlag der beiden Scheitel in die Hülse 2 eingeschoben wird. Dabei ragen die Schenkel 4 der Klammer 1 über die Schenkel 8 der Hülse 2 über, so daß die Ausbuchtungen 5 der Klammer 1 direkt auf das Leistungsbauteil 10 bzw. den Kühlkörper 9 einwirken. Damit wird es nun erfindungsgemäß möglich, Lücken oder Ausnehmungen im Leistungsbauteil 10 oder im Kühlkörper 9 durch das Darubergleiten und Überführen mittels der Hülse 2 zu erreichen und damit eine sichere Befestigung zu schaffen.

Wie den Figuren zu entnehmen ist, sind die Ausbuchtungen 5 bzw. die Einbuchtungen 6 der Klammer 1 bzw. der Hülse 2 aufeinander abgestimmt. Sie sind in der Form einer langgezogenen Erhebung bzw. einer Rinne ausgebildet und so angeordnet, daß ein leichtes Lösen der Rastung gegeben ist. Dies steht in Wechselwirkung zur Funktion dieser Ein- bzw. Ausbuchtungen, die hier die Ausgangslage des Befestigungselementes vor der endgültigen Montage sicherstellen.

Bezugszeichenliste

1

Klammer

2

Hülse

3

Scheitel der Klammer

4

Schenkel oder Federarm der Klammer

5

Ausbuchtungen im Endbereich der Federarme der Klammer

6

Einbuchtungen im Bereich des Scheitels der Hülse

7

Scheitel der Hülse

8

Schenkel der Hülse

9

Kühlkörper

10

elektrisches Leistungsbauteil

Claims

1. Befestigungselement zum Befestigen von elektrischen Bauteilen (10) an Kühlelementen(9) mit einer Klammer (1) und einer vorgefertigten Hülse (2), welche im montierten Zustand das elektrische Bauteil (10) und ein diesem zugeordnetes Kühlelement (9) umgreift und welche zwischen der Klammer (1) und dem elektrischen Bauteil (10) mit dem Kühlelement (9) angeordnet ist.

2. Befestigungselement für elektrische Bauteile (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammer (1) als U-förmiges Federelement ausgebildet ist.

3. Befestigungselement für elektrische Bauteile (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) als U-förmiges Element ausgebildet ist.

4. Befestigungselement für elektrische Bauteile (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammer (1) als U-förmiges Federelement ausgebildet ist, daß die Hülse (2) als U-förmiges Element ausgebildet ist und daß das U-förmige Element von dem U-förmigen Federelement U-förmig umschlossen werden kann.

5. Befestigungselement für elektrische Bauteile (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Schenkeln (8) des U-förmigen Elements größer als der Abstand der Schenkelenden des U-förmigen Federelements voneinander ist.

6. Befestigungselement für elektrische Bauteile (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) und die Klammer (1) mit einer oder mehreren Einbuchtungen (6) bzw. Ausbuchtungen (5) versehen sind, welche miteinander in Eingriff treten können.

7. Befestigungselement für elektrische Bauteile (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammer (1) einen oder mehrere Federarme aufweist, an dessen/deren freien Ende/n eine Ausbuchtung (5) bzw. eine Einbuchtung (6) angeordnet ist.

8. Befestigungselement für elektrische Bauteile (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) und die Klammer (1) mit einer oder mehreren Einbuchtungen (6) bzw. Ausbuchtungen (5) versehen sind, welche miteinander in Eingriff treten können und daß die Einbuchtung/en (6) bzw. die Ausbuchtungen (5) im Bereich des Scheitels (7) des U-förmigen Elements angeordnet ist/sind.

9. Befestigungselement für elektrische Bauteile (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) und die Klammer (1) mit einer oder mehreren Einbuchtungen (6) bzw. Ausbuchtungen (5) versehen sind, welche miteinander in Eingriff treten können und daß die Einbuchtung/en (6) bzw. Ausbuchtungen (5) im Bereich des Endes der Schenkel (8) des U-förmigen Elements angeordnet sind.

10. Befestigungselement für elektrische Bauteile (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen (6) als Rinnen ausgebildet sind.

11. Befestigungselement für elektrische Bauteile (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbuchtungen (5) als langgestreckte Erhebungen ausgebildet sind.

12. Befestigungselement für elektrische Bauteile (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbuchtungen (5) als langgestreckte Erhebungen ausgebildet sind und daß die Rinnen und die langgestreckten Erhebungen so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie beim Darüberschieben der Klammer (1) über die Hülse (2) längsführend wirken.

13. Befestigungselement für elektrische Bauteile (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbuchtungen (5) als langgestreckte Erhebungen ausgebildet sind und daß die Rinnen und die langgestreckten Erhebungen so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie beim Darüberschieben der Klammer (1) über die Hülse (2) einrastend wirken.

14. Befestigungselement für elektrische Bauteile (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen und die langgestreckten Erhebungen so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie beim Darüberschieben der Klammer (1) über die Hülse (2) einrastend wirken.

15. Befestigungselement für elektrische Bauteile (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen und die langgestreckten Erhebungen so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie beim Darüberschieben der Klammer (1) über die Hülse (2) lösbar einrastend wirken.

16. Befestigungselement für elektrische Bauteile (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) aus plastischem Material besteht.

17. Befestigungselement für elektrische Bauteile (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) aus einem thermisch gut leitenden Material besteht.

18. Befestigungselement für elektrische Bauteile (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) aus Metall besteht.

19. Befestigungselement für elektrische Bauteile (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammer (1) aus Federstahl besteht.

20. Befestigungselement für elektrische Bauteile (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammer (1) aus federndem Kunststoff besteht.

21. Verfahren zum Befestigen eines elektrischen Bauteiles (10) an ein Kühlelement (9) mit Hilfe eines Befestigungselements nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgefertigte Hülse (2) das Bauteil mit dem Kühlelement (9) zumindest teilweise umgreifend angeordnet wird und dann die Klammer (1) über die Hülse (2) gleitend das elektrische Bauteil (10) an das Kühlelement (9) fixiert.