WO2007000359A2 - Befestigungssystem für einen elektrischen schaltungsträger in einem gehäuse - Google Patents

Befestigungssystem für einen elektrischen schaltungsträger in einem gehäuse Download PDF

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    • H05K5/0026—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units
    • H05K5/0047—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units having a two-part housing enclosing a PCB
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Definitions

  • the invention relates to a fastening system for an electrical circuit carrier in a housing comprising an upper housing part and a lower housing part, wherein the circuit carrier disposed between the housing parts and via a fastening element which is insertable in a housing lower part holder, on the lower housing part can be fastened.
  • the object of the present invention is to provide a more cost-effective fastening system for an electrical circuit carrier, which is in particular temperature-resistant, vibration-proof and easy to assemble.
  • the fastening system according to the invention is characterized in that a temperature-resistant and vibration damping rubber element, preferably an O-ring, either loose or molded is arranged between the circuit board and the holder.
  • a rubber element is designed as a temperature-resistant and vibration-proof damping element, the number of fastening means, such as screws, can be reduced to a screw.
  • the rubber element preferably the O-ring, represents only an additional part, in the event that it is not molded onto the plastic cover, and a mounting can be easily made without the manufacturing process of the entire circuit substrate is more expensive , respectively.
  • the rubber element or the O-ring is made of a permanently elastic material, which can be achieved by high crosslinking of the macromolecules of a polymer.
  • the cross-linking improves the dimensional stability in heat and reduces the frequency of formation and the cracking of microcracks.
  • the material shows hardly any age processes or embrittlement.
  • the circuit carrier can be advantageously stored floating. This has the advantage that different coefficients of linear expansion no longer have any negative effects and no additional seals are required, since the screw connection is located within a sealed area. Due to the simple installation of the fastening system according to the invention no additional manufacturing means such. B. a dispensing and curing system in the case of bonding needed. With the exception of the rubber element according to the invention or the O-ring no further components, such. B. Anschraubschienen or so-called. Thread inserts needed to secure the circuit board.
  • the present invention allows for the first time advantageously the vibration-damping mounting of an electrical circuit substrate by means of a temperature-resistant rubber element. It is therefore particularly suitable for applications in the automotive sector.
  • Figure 1 is a perspective view of an invention in a bolted housing mounted e-lektrischen circuit carrier.
  • FIG. 2 shows the fastening system according to the invention according to FIG. 1 in an enlarged detail
  • FIG. 3 the housing screw according to Fig. 1 in an enlarged section.
  • Fig. 1 shows a perspective view of a screwed in a housing 1, 4 according to the invention fixed electrical circuit substrate 12, ie in the assembled state.
  • the electronics housing 1, 4 shown in FIG. 1 comprises an upper housing part 1, on whose housing bottom 2 parallel, preferably liquid-flow, cooling fins 3 are arranged and a lower housing part 4, on one or more side (s) female connectors 5 with numerous, preferably has at right angles upward in the direction of the upper housing part 1 bent flat contact pins 6.
  • the upper housing part 1 and lower part 4 is sealed together, preferably screwed by means of screws 17.
  • On the housing lower part 4 is a sockeiförmige holder 7, preferably centered.
  • the sockeiförmige holder 7 has a support surface 8 and a blind hole-like recess 9, which does not form fit into the support surface 8, but on the support surface 8 also forms an insertion nozzle 10.
  • a fastening means 11 such. B. introduced a screw 11.
  • An electrical circuit carrier 12 which is mounted between the upper and lower housing parts 1, 4, is arranged via the fastening means 11.
  • the electrical circuit substrate 12 is connected to conventional or integrated components 13, such. As coils, capacitors and the like equipped.
  • a damping element according to the invention which is preferably designed as an O-ring 14, is arranged between circuit carrier 12 and sockeiförmiger holder 7.
  • the fastening means 11 which is preferably designed as a screw with an elongated threaded portion 15 and a head 16, in the blind hole-like recess 9 of the sockeiförmigen Holder 7 introduced.
  • the O-ring 14 has an inner diameter which corresponds to the outer diameter of the insertion stub 10 of the blind-hole-like recess 9.
  • the head 16 of the fastening means 11 has a larger diameter than the threaded part 15 and thereby supports on the bottom of the circuit substrate 12 and on the insertion piece 10 of the blind hole-like recess.
  • Fig. 2 shows the previously described inventive fastening system according to Fig. 1 in an enlarged section. It can be clearly seen how when screwing the O-ring 14 between the upper and lower housing part 1, 4 and circuit carrier 12 is braced.
  • the bias voltage is preferably chosen so high that the vibration requirements are met and the relaxation of the plastic is compensated.
  • the circuit carrier 12 can be partially clamped within the sealing contour of the housing top and bottom part 1, 4. As a result, an additional fixation of the electrical circuit substrate 12 is achieved.
  • the tolerances in the assembly can be intercepted by known sealing systems.
  • FIG. 3 shows the housing screw 17 of FIG. 1 in an enlarged section.
  • upper housing part and lower part 1, 4 can be screwed together outside of a sealing strip by means of screws 17, wherein the contact forces on the assembled circuit substrate 12 within the sealing space from the upper housing part 1 via the circuit substrate 12 to the lower housing part 4 or vice versa are passed.
  • the assembly forces of the plug-in system are absorbed and thus kept away from the sealing system.
  • the rubber element used preferably the O-ring 14, represents a cost-effective device that can serve both as a damping and as a compensation element; for the presented fastening system but also flat gaskets and similar or molded rubber elements can be used.
  • the selection of the rubber element is individually and thus variably adaptable to the structural conditions. - Due to the floating mounting of the circuit substrate 12 problems in terms of length expansion are significantly minimized;
  • the housing components 1, 4 need not - as in the prior art - are introduced for the bonding with the circuit board in the placement and soldering process;
  • a rubber element, preferably an O-ring 14 is made of a temperature-resistant material and thus advantageously allows a floating and vibration-proof mounting of an electrical circuit carrier 12.
  • the structure of an electronic device 1 according to the invention shown in the figures, 4 with vibration-proof mounting according to the invention of the electrical circuit substrate 12 can be used in a variety of electronic devices that a housing part and a provided with electronic components circuit substrate 12 such. B. have a circuit board.
  • the present invention advantageously permits the vibration-damping mounting of an electrical circuit carrier 12 by means of a temperature-resistant rubber element. It is therefore particularly suitable for applications in the automotive sector.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Befestigungssystem für einen elektrischen Schaltungsträger (12) in einem Gehäuse (1, 4) umfassend ein Gehäuseoberteil (1) sowie ein Gehäuseunterteil (4), wobei der Schaltungsträger (12) zwischen den Gehäuseteilen (1, 4) angeordnet und über ein Befestigungselement (11), das in einer am Gehäuseunterteil (4) angeordneten Halterung (7) einführbar ist, am Gehäuseunterteil (4) befestigbar ist, und wobei erfindungsgemäss zwischen Schaltungsträger (12) und Halterung (7) ein temperaturbeständiges und vibrationsdämpfendes Gummielement angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung erlaubt erstmals vorteilhaft die vibrationsdämpfende Lagerung eines elektrischen Schaltungsträgers (12) mittels eines temperaturbeständigen Gummielements. Sie eignet sich insbesondere für Anwendungen im Automobilbereich.

Description

Beschreibung
Befestigungssystem für einen elektrischen Schaltungsträger in einem Gehäuse
Die Erfindung betrifft ein Befestigungssystem für einen e- lektrischen Schaltungsträger in einem Gehäuse umfassend ein Gehäuseoberteil sowie ein Gehäuseunterteil, wobei der Schaltungsträger zwischen den Gehäuseteilen angeordnet und über ein Befestigungselement, das in einer am Gehäuseunterteil angeordneten Halterung einführbar ist, am Gehäuseunterteil befestigbar ist.
Elektrische Schaltungsträger in Elektronikgeräten, insbeson- dere für Automobilanwendungen, sind gewöhnlich Umgebungstemperaturen von 15O0C bis -4O0C ausgesetzt. Zur Ableitung derart hoher Temperaturen weist das Gehäuseoberteil mitunter flüssigkeitsdurchströmte Kühlrippen auf. Neben der Temperaturbelastung treten regelmäßig Vibrationsbelastungen von bis zu 30 g auf. Unter diesen Belastungen sind die Anforderungen an die Befestigung dieser Schaltungsträger z. B. in Anbaugeräten im Fahrzeugmotorenraum deutlich höher. Zudem muss aber auch berücksichtigt werden, dass der geringstmögliche Aufwand hinsichtlich der Material- und Fertigungskosten betrieben und die Qualität sowie die Lebensdauer derartiger Elektronikgeräte, welche z.B. über seitlich am Gehäuseunterteil angeordnete Steckerbuchsen geeignet kontaktiert werden können, nicht beeinträchtigt wird.
Aufgrund der hohen Anforderungen an den Schaltungsträger besteht eine qualitativ hochwertige Lösung darin, die Befestigung des Schaltungsträgers über eine Verschraubung vorzunehmen. Problematisch ist dabei, dass sich die Verschraubung unter Temperatureinwirkung und Vibration lockert, was unter an- derem auf die Relaxation des Kunststoffs zurückzuführen ist. Dies kann im Resonanzfall zum Ausfall des Schaltungsträgers führen . Andere aufwendigere Maßnahmen, den Schaltungsträger am Gehäuse anzubinden sehen vor, den Schaltungsträger über mehrere Verschraubungen gegen ein Metallteil zu befestigen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Schaltungsträger auf einem Bauteil zu verkleben. Zur Dämpfung wird dabei eine kostenintensive, hoch anpassungsfähige, weiche Wärmeleitfolie, sog. GAP-PAD, auf die Oberseite des Schaltungsträgers aufgeklebt, das sich bei der Montage in den vorhandenen Spalt einpasst und sich zum Deckel abstützt, um so als Dämpfungselement zu wirken.
Diese Lösungsansätze führen stets dazu, dass höhere Kosten für die Einzelteile hinsichtlich der Entwicklung, der Quali- tätssicherung, der Logistik und der Disposition entstehen, bzw. sich der Fertigungsaufwand erhöht. Hinzu kommt, dass sich noch weitere Probleme bei direkter Verschraubung oder Verklebung ergeben können, die daraus resultieren, dass unterschiedliche Längenausdehnungskoeffizienten hinsichtlich der Schaltungsträger vorliegen. Mitunter kann auch ein erhöhtes Qualitätsrisiko darin bestehen, dass eine zusätzliche Abdichtung benötigt wird, wenn die Gehäusekonstruktion durchbrochen wird, um den Schaltungsträger zu befestigen. Des Weiteren ist auch der technische und zeitliche Fertigungsaufwand problematisch, da das Steuergerät in der Fertigung wegen der Verklebung des Schaltungsträgers mit dem Gehäusedeckel durch die Bestückungs- und Lötanlage transportiert werden muss.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufga- be zugrunde, ein kostengünstigeres Befestigungssystem für einen elektrischen Schaltungsträger zu schaffen, das insbesondere temperaturbeständig, vibrationssicher und leicht montierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Befestigungssystem für einen e- lektrischen Schaltungsträger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, wel- che einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Befestigungssystem zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen Schaltungsträger und Halterung ein temperaturbeständiges und vibrationsdämpfendes Gummielement, vorzugsweise ein O-Ring, entweder lose oder angespritzt angeordnet ist. Dadurch, dass erfindungsgemäß ein Gummielement als temperaturbeständiges und vibrationssicheres Dämpfungselement ausgebildet ist, lässt sich die Anzahl der Befestigungsmittel, wie zum Beispiel Schrauben, bis auf eine Verschraubung reduzieren. Hinzu tritt der Vorteil, dass das Gummielement, vorzugsweise der O-Ring, nur ein Zusatzteil darstellt, für den Fall, dass es nicht an den Kunststoffdeckel angespritzt ist, und eine Montage einfach vorgenommen werden kann, ohne dass der Fertigungsprozess des gesamten Schaltungsträgers aufwendiger wird. bzw.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gummielement bzw. der O-Ring aus einem dauerelastischen Material gefertigt ist, was durch eine hohe Vernetzung der Makromoleküle eines Polymers erreicht werden kann. Mit der Vernetzung wird die Formbeständigkeit in der Wärme verbessert und die Bildungshäufigkeit und das Weiterreißen von Mikrorissen vermindert. Zudem zeigt das Material kaum Altersprozesse bzw. Versprödungen.
Durch das erfindungsgemäße Befestigungssystem kann der Schaltungsträger vorteilhaft schwimmend gelagert werden. Dies hat zum Vorteil, dass unterschiedliche Längenausdehnungskoeffi- zienten keine negativen Auswirkungen mehr haben und keine zusätzlichen Abdichtungen benötigt werden, da sich die Verschraubung innerhalb eines abgedichteten Bereichs befindet. Durch die einfache Montage des erfindungsgemäßen Befestigungssystems werden keine zusätzlichen Fertigungsmittel, wie z. B. eine Dispens- und Aushärteanlage im Falle einer Verklebung benötigt. Mit Ausnahme des erfindungsgemäßen Gummielements bzw. des O-Rings werden keine weiteren Bauteile, wie z. B. Anschraubschienen oder sog. Gewindeinserts benötigt, um den Schaltungsträger zu befestigen.
Die vorliegende Erfindung erlaubt erstmals vorteilhaft die vibrationsdämpfende Lagerung eines elektrischen Schaltungsträgers mittels eines temperaturbeständigen Gummielements. Sie eignet sich daher insbesondere für Anwendungen im Automobilbereich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung erläutert.
Dabei zeigen schematisch:
Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung einen in einem verschraubten Gehäuse erfindungsgemäß befestigten e- lektrischen Schaltungsträger;
Fig. 2 das erfindungsgemäße Befestigungssystem nach Fig. 1 in einem vergrößerten Ausschnitt; und
Fig. 3 die Gehäuseverschraubung nach Fig. 1 in einem vergrößerten Ausschnitt.
Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen in einem verschraubten Gehäuse 1, 4 erfindungsgemäß befestigten elektrischen Schaltungsträger 12, also im montierten Zustand. Das in Fig. 1 dargestellte Elektronikgehäuse 1, 4 umfasst ein Gehäuseoberteil 1, auf dessen Gehäuseboden 2 parallel verlaufende, vorzugsweise flüssigkeitsdurchströmte, Kühlrippen 3 angeordnet sind und ein Gehäuseunterteil 4, das an einer oder mehreren Seite (n) Steckerbuchsen 5 mit zahlreichen, vorzugs- weise rechtwinklig nach oben in Richtung des Gehäuseoberteils 1 gebogenen Flachkontakt-Pins 6 aufweist. Das Gehäuseober- 1 und -unterteil 4 ist abgedichtet miteinander verbunden, vorzugsweise mittels Schrauben 17 verschraubt. Auf dem Gehäuse- unterteil 4 ist eine sockeiförmige Halterung 7, vorzugsweise zentriert angeordnet. Die sockeiförmige Halterung 7 weist eine Auflagefläche 8 sowie eine sacklochartige Ausnehmung 9 auf, die nicht formschlüssig in die Auflagefläche 8 übergeht, sondern über die Auflagefläche 8 hinaus einen Einführstutzen 10 bildet. In die sacklochartige Ausnehmung 9 ist ein Befestigungsmittel 11, wie z. B. eine Schraube 11 eingeführt.
Über das Befestigungsmittel 11 ist ein elektrischer Schal- tungsträger 12, der zwischen dem Gehäuseober- und -unterteil 1, 4 gelagert ist, angeordnet. Der elektrische Schaltungsträger 12 ist mit konventionellen oder integrierten Bauelementen 13, wie z. B. Spulen, Kondensatoren und ähnliches bestückt. Zur vibrationssicheren und schwimmenden Lagerung ist ein er- findungsgemäßes Dämpfungselement, das vorzugsweise als O-Ring 14 ausgebildet ist, zwischen Schaltungsträger 12 und sockeiförmiger Halterung 7 angeordnet. Durch das erfindungsgemäße Gummielement, das vorzugsweise als O-Ring ausgebildet ist, und den Boden des Schaltungsträgers 12 wird das Befestigungs- mittel 11, das vorzugsweise als Schraube mit einem länglichem Gewindestück 15 und einem Kopf 16 ausgebildet ist, in die sacklochartige Ausnehmung 9 der sockeiförmigen Halterung 7 eingeführt. Dabei weist der erfindungsgemäße O-Ring 14 einen Innendurchmesser auf, der dem Außendurchmesser des Einfüh- rungsstutzens 10 der sacklochartigen Ausnehmung 9 entspricht. Der Kopf 16 des Befestigungsmittels 11 weist einen größeren Durchmesser als das Gewindestück 15 auf und lagert dadurch auf dem Boden des Schaltungsträgers 12 sowie auf dem Einführstutzen 10 der sacklochartigen Ausnehmung 9.
Fig. 2 zeigt das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Befestigungssystem nach Fig. 1 in einem vergrößerten Ausschnitt. Deutlich erkennbar ist, wie beim Verschrauben der O-Ring 14 zwischen Gehäuseoberteil und -unterteil 1, 4 und Schaltungs- träger 12 verspannt wird. Die Vorspannung wird vorzugsweise so hoch gewählt, dass die Vibrationsanforderungen erfüllt sind und die Relaxation des Kunststoffes ausgeglichen wird. Zusätzlich kann der Schaltungsträger 12 innerhalb der Dichtkontur des Gehäuseober- und -Unterteils 1, 4 partiell eingeklemmt werden. Dadurch wird eine zusätzliche Fixierung des elektrischen Schaltungsträgers 12 erreicht. Die Toleranzen bei der Montage können über bekannte Dichtsysteme abgefangen werden.
Schließlich zeigt Fig. 3 die Gehäuseverschraubung 17 nach Fig. 1 in einem vergrößerten Ausschnitt. Bei Bedarf können Gehäuseoberteil- und -unterteil 1, 4 außerhalb einer Dichtbahn miteinander mittels Schrauben 17 verschraubt werden, wobei die Anpresskräfte über dem bestückten Schaltungsträger 12 innerhalb des Dichtraums vom Gehäuseoberteil 1 über den Schaltungsträger 12 zum Gehäuseunterteil 4 oder umgekehrt ge- leitet werden. In diesem Fall werden dadurch auch noch die Montagekräfte des Stecksystems aufgenommen und so von dem Dichtsystem ferngehalten. Bei diesem Konzept ist trotz bzw. wegen des Verklemmens des elektrischen Schaltungsträgers 12 eine Längenausdehnung bei Temperaturänderung in Bezug zu den Gehäuseteilen 1, 4 möglich.
Durch das erfindungsgemäße Befestigungssystem ergeben sich folgende Vorteile:
- die Anzahl der Befestigungen 11 kann bis auf eine reduziert werden;
- das verwendete Gummielement, vorzugsweise der O-Ring 14, stellt ein kostengünstiges Bauelement dar, das sowohl als Dämpfungs- als auch als Ausgleichselement dienen kann; für das hier vorgestellte Befestigungssystem können aber auch Flachdichtungen und ähnliches oder angespritzte Gummielemente verwendet werden. Die Auswahl des Gummielements ist individuell und somit variabel an die baulichen Bedingungen anpassbar. - durch die schwimmende Lagerung des Schaltungsträgers 12 sind Probleme hinsichtlich der Längenausdehnung deutlich minimiert;
- auf zusätzliche Fertigungsmittel bzw. aufwendige Fertigungsanlagen kann vorteilhaft verzichtet werden;
- die Gehäusekomponenten 1, 4 müssen nicht - wie im Stand der Technik - für die Verklebung mit dem Schaltungsträger in den Bestück- und Lötprozess eingeschleust werden;
- schließlich bestehen durch die Reduzierung der Bauelemente keine zusätzlichen Kosten in der Qualitätssicherung, Lagerhaltung, Logistik und Disposition.
Die Erfindung lässt sich wie folgt zusammenfassen: Ein Gummielement, vorzugsweise ein O-Ring 14 ist aus einem temperaturbeständigen Material hergestellt und gestattet so vorteilhaft eine schwimmende und vibrationssichere Lagerung eines elekt- rischen Schaltungsträger 12. Der in den Figuren dargestellte erfindungsgemäße Aufbau eines Elektronikgerätes 1, 4 mit erfindungsgemäß vibrationssicherer Lagerung des elektrischen Schaltungsträgers 12 ist in vielfältigsten Elektronikgeräten einsetzbar, die ein Gehäuseteil sowie ein mit elektronischen Bauelementen versehenen Schaltungsträger 12 wie z. B. eine Leiterplatte aufweisen.
Die vorliegende Erfindung erlaubt erstmals vorteilhaft die vibrationsdämpfende Lagerung eines elektrischen Schaltungs- trägers 12 mittels eines temperaturbeständigen Gummielements. Sie eignet sich daher insbesondere für Anwendungen im Automobilbereich.

Claims

Patentansprüche
1. Befestigungssystem für einen elektrischen Schaltungsträger (12) in einem Gehäuse (1; 4) umfassend ein Ober- (1) sowie ein Unterteil (4), wobei der Schaltungsträger (12) zwischen den Gehäuseteilen (1; 4) angeordnet und über ein Befestigungselement (11) , das in einer am Gehäuseunterteil (4) angeordneten Halterung (7) einführbar ist, am Gehäuseunterteil (4) befestigbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen Schaltungsträger (12) und Halterung (7) ein temperaturbeständiges und vibrationsdämpfendes Gummielement angeordnet ist.
2. Befestigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gummielement ein O-Ring (14) ist.
3. Befestigungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gummielement aus einem hochvernetzten Polymer hergestellt ist.
4. Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da- durch gekennzeichnet, dass das Gummielement dauerelastisch ist.
5. Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (12) schwimmend gelagert ist.
PCT/EP2006/061551 2005-06-29 2006-04-12 Befestigungssystem für einen elektrischen schaltungsträger in einem gehäuse WO2007000359A2 (de)

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