DE102007006177B4

DE102007006177B4 - Masseanschluss mit Vibrationsdämpfer für elektronische Geräte

Info

Publication number: DE102007006177B4
Application number: DE102007006177.5A
Authority: DE
Inventors: Edward Kotowicz
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2027-02-08
Also published as: WO2008095830A1; DE102007006177A1; US7934940B2; US20100130037A1

Abstract

Masseanschlusssystem (1) für vibrationsbelastete elektronische Bauteile (6) an einen Masseträger (8) umfassend eine Metallbuchse (2) und ein elastisches Dämpfungselement (4) dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere elektrisch leitende Spiralfedern (3) in das Dämpfungselement (4) eingepasst sind und das Dämpfungselement (4) mit den eingepassten Spiralfedern (3) auf die als Grundträger dienende Metallbuchse (2) formschlüssig aufgesetzt ist, um mittels der Spiralfedern (3) zwischen dem elektronischen Bauteil (6) und dem Masseträger (8) eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Masseanschluss für elektronische Geräte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Masseanschlusses, insbesondere für Getriebe- oder Motorsteuerungen in der Automobilindustrie.
Stand der Technik
Moderne Mechatroniken, das heißt insbesondere Steuerelektroniken, die direkt vor Ort beispielsweise in einem Getriebe oder in einem Motor eingesetzt werden, unterliegen einer Vielzahl von umgebungsabhängigen Anforderungen. Neben der Langzeitstabilität und Ausfallsicherheit der Steuerung stehen die erhöhten Betriebstemperaturen sowie die durch die ständige Vibrationsbelastung mechanisch anspruchsvolle Umgebung des Motors oder Getriebes im Vordergrund. Daher ist es unerlässlich, dass die empfindlichen Elektroniken soweit wie möglich vor diesen Einflüssen geschützt werden. Daneben spielen die strengen Vorgaben zur elektromagnetischen Abschirmung eine immer größer werdende Rolle, da insbesondere im Motorraum eine Vielzahl von Elektroniken und Computerteilen zusammengefasst werden. Gerade die Konzeption der Masseanschlussstellen der Elektroniken stellt eine große Herausforderung dar.
Es sind verschiedene Konzepte bekannt, den Massenanschluss für elektronische Geräte zum Beispiel der Motorsteuerung an dem Motorblock zu befestigen. So wird häufig einfach eine konfektionierte Leitung wie beispielsweise eine Kupferlitze mit einer Öse versehen, die anschließend an das Chassis oder den Motorblock geschraubt werden kann.
Ein solcher herkömmlicher Masseanschluss zeigt mehrere Nachteile. Einerseits kann es zu Montagefehlern bei der Gerätemontage oder später bei der Reparatur kommen. Dies führt möglicherweise zur Erhöhung des elektrischen Übergangswiderstands der Masseanbindung und zu Störungen im Gerät. Andererseits erfordert diese Art der Masseanbindung eine relativ große Zahl von einzelnen Teilen, die nacheinander montiert werden müssen und damit zu einem erhöhten Montageaufwand.
Die DE 102 05 816 A1 beschreibt eine Masseanbindung für eine Leiterplattenanordnung an ein Gehäuse mittels einer einfachen Schraubenfeder, die auf einer mit Masse verbundenen Kontaktstelle der Leiterplatte aufgesetzt wird. Das andere Ende der Schraubenfeder ist an einer Wand des Gehäuses fixiert.
Ein ähnliches Konzept ist auch der JP 09027358 A zu entnehmen, in der ein mit Federkraft beaufschlagtes Abstandselement zwischen einem plattierten Kunststoffgehäuse und einer Leiterplatte angeordnet ist, wobei das Abstandselement zusätzlich einen federnden Fortsatz aufweist, der auf der Leiterplatte aufsitzt.
Die DE 101 36 361 A1 beschreibt ein Konzept zur elektrischen Kontaktierung einer Folienleitung mit Massepotential. Dazu ist ein als Gewinde ausgestalteter Massebolzen am Gehäuse und eine spezielle, mehrteilige Flügelschraube vorgesehen, die in einem flachen Bereich eine Aufnahme für Folienleiter aufweist. Gleichzeitig kann zudem noch ein herkömmlicher Rundleiter mit der Schraube befestigt und kontaktiert werden.
Auch die DE 10 2004 041 169 B3 beschreibt eine Anordnung zur Masseanbindung eines elektrischen Schaltungsträgers. Es wird vorgeschlagen, zwischen einem Schaltungsträger und dem Masseleiter eine Steckverbindung mit einem Pin und einer passenden Ausnehmung auf der Gehäuseseite vorzusehen, wobei die Steckverbindung als Presspassung ausgebildet ist. Anzahl und Form der Massepins können dabei flexibel ausgestaltet werden.
Nachteilig bei den so ausgebildeten Masseanschlüssen ist, dass sich dieses Konzept nur auf die jeweils speziellen Masse-Kontaktierungen mittels einer an der Gehäuseseite vorzusehenden Aufnahme anwenden lässt. Damit setzen diese Konzepte per se voraus, dass ein spezieller Masseanschluss entweder als Gewindebolzen oder als Ausnehmung am Masseleiter ausgebildet sein muss. Dies erfordert zudem eine erhöhte Passgenauigkeit der Anordnung des gesamten Bauteils relativ zum speziellen Anschluss des Masseleiters.
Darüber hinaus sind die bekannten Masseanschlüsse wenig flexibel und daher im Laufe der gesamten Lebensdauer fehleranfällig, wenn es sich um stark vibrationsbelastete Gehäuse und Bauteile handelt.
In diesem Zusammenhang sind in der jüngsten Vergangenheit verschiedene Schwingungsdämpfer zur Aufhängung einer Steuerelektronik an Gehäusen entwickelt worden.
So ist aus der DE 199 51 265 A1 ein Schwingungsdämpfer mit einem Dämpfungskörper aus elastischem Material bekannt, der von einem tassenförmigen Metallteil umgeben ist. Vorzugsweise ist der Innenraum des halbschaligen Metallteils durch ein flexibles Teil abgeschlossen, welches insbesondere aus einem elektrisch leitenden Gewebe bestehen kann. Auf diese Weise sorgt es für eine gut leitende Verbindung zwischen den beiden zueinander entgegengesetzt angebrachten Metallbolzen, die zur Befestigung des Schwingungsdämpfers am Gehäuse dienen. So kann eine Masseanbindung über das elektrisch leitende Gewebe hergestellt werden.
Nachteilig an dieser Weiterentwicklung der Masseanbindung ist die Tatsache, dass sie aufgrund des elektrisch leitenden Gewebes möglicherweise nicht ausreichend robust ist, um über die gesamte Lebensdauer des Motors oder des Getriebes in der sowohl mechanisch als auch chemisch und temperaturbedingt aggressiven Umgebung einwandfrei zu kontaktieren. Zudem ist dieser Aufbau eines Schwingungsdämpfers aufwendig und erfordert den passgenauen Einsatz des kostspieligen Spezial-Gewebes.
Die JP 2007 - 012 228 A stellt einen Gummidämpfer bereit, der einen Dämpferkörper und ein leitfähiges Element umfasst, die als verschiedene Elemente vorgesehen sind. Durch den Dämpferkörper wird eine Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung in Bezug auf einen Träger elastisch gehalten, so dass eine Vibration verhindert wird. Der Träger und die Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung sind leitend mit dem leitfähigen Element verbunden, das einen leitfähigen Stützabschnitt aufweist, der leitend mit einem leitfähigen Abschnitt des Trägers verbunden ist, und einen leitenden Abschnitt der Vorrichtung, der leitend mit einem leitfähigen Abschnitt der Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung verbunden ist.
Aufgabenstellung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein vereinfachtes Konzept zur Masseanbindung von vibrationsbelasteten elektronischen Bauteilen bereit zu stellen, das eine vereinfachte Montage erlaubt und gleichzeitig eine hohe Lebensdauer aufweist.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung entsprechend des Patentanspruchs 1 erreicht.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Masseanschluss für vibrationsbelastete elektronische Bauteile zur Verfügung zu stellen, der eine Metallbuchse und ein elastisches Dämpfungselement aufweist, wobei ein oder mehrere elektrisch leitende Spiralfedern in das Dämpfungselement eingepasst sind, und das Dämpfungselement mit den eingepassten Spiralfedern auf die als Grundträger dienende Metallbuchse formschlüssig aufgesetzt ist, um mittels der Spiralfedern zwischen dem elektronischen Bauteil und dem Masseträger eine elektrisch leitende Verbindung herstellen zu können.
Das Masseanschlusssystem der vorliegenden Erfindung weist gegenüber den bisher bekannten Masseanschlüssen den entscheidenden Vorteil auf, dass es keine aufwendigen und teueren Materialien zur Herstellung benötigt. Der Aufbau aus mindestens einer Spiralfeder und dem Grundträger mit Dämpfungselement erlaubt zudem eine kostengünstige und flexible Anpassung des Anschlusssystems an unterschiedliche Vorgaben beispielsweise zur Dimensionierung und Beabstandung des Motorblocks und der Steuerungselektronik. Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße System aufgrund der eingesetzten Materialien eine hohe Lebensdauer und eine ausgezeichnete Widerstandfähigkeit gegenüber sowohl mechanischen als auch umweltbedingten Einflüssen. Mittels einer oder mehrerer integrierter Spiralfedern aus einem elektrisch leitenden Material kann sowohl eine Aufnahme der Schwingungen als auch ein Masseanschluss zum Masseträger hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Anordnung bietet mithin neben einer erhöhten Zuverlässigkeit auch eine erleichterte Montage ohne Fehleranfälligkeit. Zudem stellt die Integration der Spiralfeder einen erheblich vereinfachten Aufbau sicher.
Die Metallbuchse kann ebenso wie das elastische Dämpfungselement in ihrer Gestalt und Dimension an die Vorgaben des elektronischen Bauteils und des Masseträgers angepasst werden. Bevorzugt wird die Metallbuchse aus einem elektrisch leitenden Metallblech, beispielsweise Stahlblech gefertigt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Metallbuchse Öffnungen im Bereich der Spiralfedern derart aufweisen, dass die Spiralfedern durch die Öffnungen mit dem Masseträger in Kontakt kommen.
Zur Einhaltung der Vorschriften zur Elektromagnetischen Abschirmung der einzelnen Elektroniken wird das elastische Dämpfungselement bevorzugt aus einem Isoliermaterial gefertigt. Besonders bevorzugt besteht das Dämpfungselement aus Gummi oder Silikonen.
Ein erfindungsgemäßer Masseanschluss eines vibrationsbelasteten elektronischen Bauteils kann besonders bevorzugt als Bestandteil eines Anschlusses für eine Steuerelektronik, insbesondere für Getriebe und/oder für Motoren, in der Automobilindustrie verwendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand von zwei Ausführungsvarianten in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert.
In dieser zeigt:

1 eine perspektivische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Masseanschlusssystem,
2 eine Querschnittsansicht eines montierten Masseanschlusssystems aus 1,
3 eine perspektivische Draufsicht auf eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Masseanschlusssystems, und
4 eine Querschnittsansicht eines montierten Masseanschlusssystems aus 3.

1 zeigt in einer perspektivischen Draufsicht ein erfindungsgemäßes Masseanschlusssystem 1. Das Masseanschlusssystem 1 weist im zusammengesetzten Teil A eine Metallbuchse 2 und ein elastisches Dämpfungselement 4 mit zwei eingepassten elektrisch leitenden Spiralfedern 3 auf. Die Metallbuchse 2 kann ringförmig ausgestaltet sein, wobei in der gezeigten Ausführungsform an den Metallring an seinem inneren Umfang zusätzlich ein rohrförmiger Fortsatz ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich vorteilhafterweise eine Durchtrittsöffnung 5, durch die ein Befestigungselement 7, beispielsweise eine Zylinderschraube, hindurch geführt werden kann. Auf die Metallbuchse 2 als Grundträger kann das Dämpfungselement 4 mit den eingepassten Spiralfedern 3 aufgesetzt werden. Das Dämpfungselement 4 ist vorzugsweise aus isolierendem Material, beispielsweise Gummi gefertigt. Das Dämpfungselement 4 kann zweckmäßigerweise ebenfalls ringförmig ausgestaltet und in seinen Dimensionen an die Metallbuchse 2 und die jeweiligen Anforderungen angepasst sein. Vorteilhafterweise kann das Dämpfungselement 4 formschlüssig auf die Metallbuchse 2 aufgesetzt sein, so dass ein sicherer Sitz des Dämpfungselements 4 und damit auch der kontaktierenden Spiralfedern 3 gewährleistet ist. Der rohrförmige Fortsatz der Metallbuchse 2 kann über das Dämpfungselement 4 im zusammengesetzten Zustand hinausragen. Der dann überstehende Teil der Metallbuchse 2 kann, sofern erforderlich, zusätzlich mit einem isolierenden Material überzogen sein. Dieser isolierende Überzug kann in einem Stück mit dem Dämpfungselement 4 gefertigt sein. Zum Teil A kann optional ein Teil B als Gegenstück 9 vorgesehen werden. Dies kann ebenfalls ringförmig ausgestaltet sein und auf den rohrförmigen Fortsatz der Metallbuchse 2 formschlüssig aufgesetzt werden. Das Gegenstück 9 kann der Befestigung an einem vibrationsbelasteten Bauteil, beispielsweise als Unterlegscheibe für eine Schraube und/oder zur Anpassung an die Dimensionen, zum Beispiel zum Höhenausgleich oder zur Beabstandung von Bauteilen im montierten Zustand, dienen. Zudem kann dieses Gegenstück 9 auch ein Dämpfungselement 10 umfassen und somit zusätzlich zur Dämpfung von auftretenden Vibrationen beitragen.
2 zeigt eine Querschnittsansicht eines montierten Masseanschlusssystems aus 1 zur Verbindung eines elektronischen Bauteils 6, beispielsweise einer Motorsteuerung mit einem Masseträger 8. Der Masseträger 8 kann zum Beispiel ein Motorblock sein. Auf den Masseträger 8 kann Teil A des Masseanschlusssystems aufgesetzt sein. Die Spiralfedern 3, die in das Dämpfungselement 4 eingepasst sind, kontaktieren mit dem darüber angeordneten elektronischen Bauteil 6. Vorteilhafterweise können die Spiralfedern 3 sowohl die Aufgabe der Kontaktierung als auch zusätzlich flexibel auf auftretende Vibrationen reagieren. Dies erhöht erheblich die Langzeitstabilität des Masseanschlusses. Der rohrförmige Fortsatz der Metallbuchse 2 kann dabei formschlüssig vom elektronischen Bauteil 6 umgeben sein. Dies hat den Vorteil, dass eine seitliche Relativbewegung bei einer auftretenden Vibration unterbunden werden kann. Oberhalb des elektronischen Bauteils 6 kann Teil B des Masseanschlusssystems 1 aufgesetzt werden. Mit einem Befestigungsmittel 7, beispielsweise einer Zylinderschraube, kann durch die Durchtrittsöffnung 5 der gesamte Verbund aus Masseanschlusssystem 1 und elektronischem Bauteil 6 sicher am Masseträger 8 angebracht werden.
3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Masseanschlusssystems 1. Das Masseanaschlusssystem 1 weist in dieser Ausgestaltung als Teil A eine Metallbuchse 2 und ein elastisches Dämpfungselement 4 mit zwei eingepassten elektrisch leitenden Spiralfedern 3 auf, wobei die Spiralfedern 3 durch Öffnungen 11 auf der Stirnseite der Metallbuchse 2 durchtreten und herausragen können. In dieser Ausgestaltung kann die Spiralfeder 3 direkt an einen Masseträger 8 kontaktieren. Der weitere Aufbau entspricht dem in 1 gezeigten Aufbau des Masseanschlusssystems 1.
4 zeigt eine Querschnittsansicht eines montierten Masseanschlusssystems 1 aus 3 zur Verbindung eines elektronischen Bauteils 6, beispielsweise einer Motorsteuerung mit einem Masseträger 8. Der Masseträger 8 kann zum Beispiel ein Motorblock sein. Auf den Masseträger 8 kann Teil A des Masseanschlusssystems 1 aufgesetzt sein. Die Spiralfedern 3, die in das Dämpfungselement 4 eingepasst sind und an seiner unteren Seite auch durch die Öffnungen 11 in der Stirnseite der Metallbuchse 2 hindurch treten, können vorteilhafterweise das darüber angeordnete elektronische Bauteil 6 direkt mit dem Masseträger 8 kontaktieren. Der weitere Aufbau entspricht dem in 2 gezeigten Aufbau des montierten Masseanschlusssystems 1.
Zusammenfassend wird aufgrund des erfindungsgemäßen Masseanschlusssystems erstmals die Herstellung von einem Masseanschluss für vibrationsbelastete elektronische Bauteile an einen Masseträger bereit gestellt, in dem mittels einer oder mehrerer integrierter Spiralfedern aus einem elektrisch leitenden Material ein Masseanschluss zum Masseträger hergestellt werden kann. Die erfindungsgemäße Anordnung bietet mithin neben einer erhöhten Zuverlässigkeit auch eine erleichterte Montage ohne Fehleranfälligkeit. Zudem stellt die Integration der Spiralfeder einen erheblich vereinfachten Aufbau sicher.

Claims

Masseanschlusssystem (1) für vibrationsbelastete elektronische Bauteile (6) an einen Masseträger (8) umfassend eine Metallbuchse (2) und ein elastisches Dämpfungselement (4) dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere elektrisch leitende Spiralfedern (3) in das Dämpfungselement (4) eingepasst sind und das Dämpfungselement (4) mit den eingepassten Spiralfedern (3) auf die als Grundträger dienende Metallbuchse (2) formschlüssig aufgesetzt ist, um mittels der Spiralfedern (3) zwischen dem elektronischen Bauteil (6) und dem Masseträger (8) eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen.
Masseanschlusssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Dämpfungselement (4) aus einem Isoliermaterial gefertigt ist.
Masseanschlusssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Dämpfungselement (4) aus Gummi gefertigt ist.
Masseanschlusssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System mittels einer Zylinderschraube (7) an den Masseträger (8) befestigbar ist.
Verwendung eines Masseanschlusssystems für ein vibrationsbelastetes elektronisches Bauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche als Bestandteil eines Anschlusses für eine Steuerelektronik in der Automobilindustrie.
Verwendung gemäß Anspruch 4 für eine Steuerelektronik für Getriebe und/oder für Motoren.