DE102007009644B4

DE102007009644B4 - Mechatronische Baugruppe mit Steckverbindung

Info

Publication number: DE102007009644B4
Application number: DE102007009644.7A
Authority: DE
Inventors: Herbert Klinger; Martin Petrzik; Markus Eichner; Markus Deeg; Norbert Behrendt; Thomas Puth; Marko Kralicek
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-02-26
Filing date: 2007-02-26
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2027-02-27
Also published as: WO2008104326A1; CN101855790B; DE102007009644A1; EP2151021A1; CN101855790A; US7922510B2; US20100055967A1

Abstract

Mechatronische Baugruppe eines Nutzfahrzeugs aufweisend eine elektronische Baugruppe (100), eine mechanische Baugruppe und eine als Flachsteckerverbindung ausgeführte Steckverbindung (132) mit einem Steckerelement (118) und einem Gegensteckerelement (116), – wobei über die Steckverbindung (132) im zusammengesteckten Zustand eine elektrische Verbindung zwischen Komponenten der elektronischen und der mechanischen Baugruppe herstellbar ist, – wobei das Steckerelement (118) in einer Steckrichtung über Federelemente (122) gegen das zugehörige Gegensteckerelement (116) vorspannbar ist, – wobei die Vorspannung auf das Steckerelement (118) dadurch aufgebracht ist, dass ein Moduldeckel (136) über einen an dem Moduldeckel (136) ausgebildeten Vorsprung direkt auf die Federelemente (122) wirkt, wobei der Moduldeckel (136) mit einem Endabschnitt an einem Abschnitt einer Befestigungseinrichtung (124) gestützt ist und das Steckerelement (118) über die Befestigungseinrichtung (124) in der Steckrichtung geführt und schwimmend gelagert ist, – wobei die Federelemente (122) in einer Ebene senkrecht zu der Steckrichtung an den beiden am weitesten voneinander entfernten Enden der zusammengesteckten Steckverbindung (132) angeordnet sind, und – wobei das Steckerelement (118) und das Gegensteckerelement (116) im zusammengesteckten Zustand durch die Federelemente (122) gegeneinander verspannt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine mechatronische Baugruppe gemäß Anspruch 1.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Montage einer mechatronischen Baugruppe gemäß Anspruch 7.
Insbesondere bei Nutzfahrzeugen sind elektronische Baugruppen bekannt, die Bestandteil von mechatronischen Baugruppen sind und beispielsweise an Gehäusen oder sonstigen Bauteilen von mechanischen Baugruppen, wie das eines Getriebes, montiert werden. So kann vorgesehen sein, dass die komplette elektronische Baugruppe beispielsweise an einer Innenseite eines Gehäusedeckels beziehungsweise eines oberen Gehäuseteils mittels einer Verschraubung befestigt ist. Der Gehäusedeckel ist wiederum an einem unteren Gehäuseteil oder sonstigem Bauteil der mechanischen Baugruppe befestigt. Um eine elektrische Verbindung zwischen Komponenten der elektronischen Baugruppe und Komponenten der mechanischen Baugruppe, beispielsweise Sensoren und Ventilen, herzustellen, umfasst die elektronische Baugruppe ein oder mehrere Steckverbindungen. Dabei ist üblicherweise ein Steckerelement der Steckverbindung an das obere Gehäuseteil fixiert und mit der elektronischen Baugruppe gekoppelt. Ein entsprechendes Gegensteckerelement zum Zusammenstecken mit dem Steckerelement ist üblicherweise an dem unteren Gehäuseteil befestigt und beispielsweise mit Sensoren oder Ventilen der mechanischen Baugruppe gekoppelt. Das Zusammenbauen beziehungsweise Zusammenfügen der entsprechenden Gehäuseteile der elektronischen und mechanischen Baugruppe erfolgt herkömmlicher Weise durch Ausrichten des oberen und unteren Gehäuseteils, wobei das Stecker- sowie das Gegensteckerelement beispielsweise über Passstifte und Einführschrägen aneinander geführt werden. Das Aneinanderführen der Steckerelemente zur Herstellung der elektrischen Verbindung erfolgt daher aufgrund der diese abdeckenden Gehäuseteile ausschließlich über die vorgenannten Passstifte und Einführschrägen und ohne Sichtkontakt zur Steckverbindung, also quasi ”blind”. Jedoch weisen sowohl das obere Gehäuseteil als auch das untere Gehäuseteil meist fertigungs- und/oder konstruktionsbedingte Abmaßabweichungen beziehungsweise hohe Toleranzen in allen drei Dimensionen beziehungsweise Raumrichtungen auf, wodurch das Aneinanderführen der Steckerelemente erschwert wird. Daher besteht die Gefahr, dass Kontakte der Steckerelemente beim Zusammenfügen der Baugruppen beschädigt werden, wenn deren Kontakte nicht exakt in Position geführt werden. Weiterhin sind das obere Gehäuseteil und das untere Gehäuseteil beim Zusammenbau über eine Dichtung abzudichten, während die Steckerelemente gleichzeitig aneinander geführt werden müssen, wodurch die Montage zusätzlich erschwert wird. Dabei ist insbesondere darauf zu achten, dass die Steckerelemente beispielsweise wegen hoher Schwingungsbeanspruchungen der mechanischen Baugruppe möglichst ortsnah miteinander befestigt sind, um eine Kontaktreibung zwischen jeweiligen Steckerelementkontakten weitestgehend zu unterbinden. Ein Weg, um diesen Anforderungen zu genügen, ist die entsprechenden Steckerelemente jeweils miteinander von außen, das heißt gehäuseaußenseitig, zu verschrauben oder diese starr aneinander zu befestigen, beispielsweise über eine Verriegelung, um eine entsprechende Schwingungsfestigkeit der Steckverbindung zu erzielen. Insbesondere im Falle der Verschraubung der Steckerelemente ist es zusätzlich erforderlich, die von außen bewerkstelligte Verschraubung abzudichten. Dadurch wird ebenso der Demontageaufwand der Steckverbindung stark erhöht. Beispielsweise muss in einem Servicefall die Verschraubung gelöst werden, welche relativ viele kleine Schrauben umfasst. Anderenfalls würde die Steckverbindung bei der Demontage beschädigt. Beim erneuten Zusammenbau im Anschluss an die Demontage muss die Verschraubung wieder erneut bewerkstelligt werden, wobei die einzelnen Schrauben jeweils wieder abzudichten sind. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Steckverbindung über Kräfte von Steckerkontaktfedern der jeweiligen Steckerelemente aufrechtzuerhalten, beispielsweise durch eine entsprechende Klemmung. Hierdurch ergibt sich jedoch der Nachteil, dass in Kontaktzonen der Steckerkontaktfedern der jeweiligen Steckerelemente Mikrobewegungen auftreten können, die die Steckerkontaktfedern in der Kontaktzone beschädigen können. Dadurch kann im schlimmsten Fall die elektrische Verbindung unterbrochen werden. Aufgrund der vorgenannten Probleme wurde in gewissen Fällen dazu übergegangen, die Steckerelemente nicht ”blind” aneinanderzuführen, sondern die Steckerelemente bereits vor der Montage der Gehäuseteile oder der sonstigen Bauteile miteinander zu koppeln. Beispielsweise wird in diesem Fall das eine Steckerelement an das obere Gehäuseteil vormontiert. Hingegen wird das andere Steckerelement beziehungsweise das Gegensteckerelement direkt unter Sichtkontakt mit dem vormontierten Steckerelement gekoppelt. Bei dem Gegensteckerelement handelt es sich in diesem Fall um ein loses, mit einem Kabel oder mit Flexleitungen gekoppeltes Gegensteckerelement. Erst nachdem das Steckerelement und das Gegensteckerelement miteinander gekoppelt sind, um eine elektrische Verbindung zu ermöglichen, werden die entsprechenden Gehäuseteile miteinander gekoppelt. Jedoch besteht in diesem Fall das Problem, dass sich die für das lose Gegensteckerelement verwendeten Kabel oder Flexleitungen durch Zusammenfügen der Gehäuseteile unkontrolliert innerhalb der Baugruppe anordnen und dadurch möglicherweise eingeklemmt werden können. Dadurch können Beschädigungen an den verwendeten Kabeln oder Flexleitungen verursacht werden, wodurch im schlimmsten Fall eine Unterbrechung der elektrischen Verbindung hervorgerufen wird.
US 6,830,469 B1 beschreibt eine Befestigungseinrichtung in Form eines oberen Gehäuseteils, die zur Führung und Vorfixierung eines Modulkörper genannten Steckerelementes dient. Federelemente, die eine Vorspannung des Steckerelementes in der Steckrichtung bewirken, stützen sich unabhängig von einem unteren Gehäuseteil an der Befestigungseinrichtung ab.
US 2006/0105603 A1 beschreibt ein Steckerelement, das schwingungsfähig auf elastischen Federelementen gelagert ist. Das Steckerelement ist in der Steckrichtung lose auf die Federelemente gesetzt, so dass vor dem Zusammenführen von Stecker- und Gegensteckerelement keine Vorspannung in der Steckrichtung erzeugt wird.
US 5,752,845 A beschreibt eine Möglichkeit zur Erzeugung einer Vorspannung in Steckrichtung durch das Abstützen von Federelementen an einer ebenen Fläche bzw. in Einkerbungen, um gleichzeitig eine Positionierung der Federelemente in der Ebene senkrecht zur Steckebene zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mechatronische Baugruppe und ein Verfahren zu deren Montage, insbesondere zur ”blinden” Montage, bereitzustellen, das auch bei fertigungs- und/oder konstruktionsbedingten Abmaßungenauigkeiten der Gehäuseteile eine elektrische Verbindung sicherstellt, ohne eine Schädigung der zumindest einen Steckverbindung zu verursachen. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang eine möglichst schwingungsfeste Steckverbindungen realisiert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei der erfindungsgemäßen mechatronischen Baugruppe ist vorgesehen, dass zumindest eines das Steckerelement schwimmend gelagert ist. Beispielsweise wird das Gegensteckerelement starr mit einer Elektronik der elektronischen Baugruppe, zum Beispiel einer Leiterplatte verbunden. Die Elektronik kann weiterhin mit einem oberen Gehäuseteil beziehungsweise einem Gehäuseoberteil verbunden sein. Hingegen wird das Steckerelement schwimmend an einem Leitungsträger oder einer flexiblen Leiterplatte oder einem Stanzgitter, das beispielsweise in einem Kunststoffhalter eingelagert ist, gelagert. Bevorzugt ist das schwimmend gelagerte Steckerelement flexibel (beispielsweise über Flex, Stanzgitter, Kabel, etc.) elektrisch angebunden. Der Leitungsträger kann wiederum an einem unteren Gehäuseteil beziehungsweise einem Gehäuseunterteil oder an einem sonstigen Bauteil angebracht sein. Dadurch wird ermöglicht, dass das schwimmend gelagerte Steckerelement fertigungs- und/oder konstruktionsbedingte Toleranzen aufgrund der schwimmenden Lagerung kompensiert. Weiterhin können zur zusätzlichen Kompensation der hohen Toleranzen die Steckerelemente vorzugsweise mit Steckerkontaktelementen, beispielsweise dünnen Metallstreifen, ausgestattet sein, die Biegungen (rund oder kantig) oder Verjüngungen aufweisen. Dadurch kann eine blinde Montage eines oder mehrerer Stecker beim schließen der Baugruppe beziehungsweise des Moduls vorgenommen werden, wobei in vorteilhafter Weise die Steckkräfte bei der Montage durch die schwimmende Lagerung des Steckerelements aufgenommen werden. Vorzugsweise ist die schwimmende Lagerung des Steckerelements derart ausgelegt, dass sie Toleranzen in allen drei Raumrichtungen ausgleichen kann. Ein besonders vorteilhafter Toleranzausgleich ergibt sich, wenn sowohl das Steckerelement als auch das Gegensteckerelement in vorstehend beschriebener Weise schwimmend gelagert sind.
Die erfindungsgemäße Baugruppe kann in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet werden, dass das Gegensteckerelement in einer Steckrichtung schwimmend gelagert sind. Im Hinblick auf die Steckerkontaktelemente zur zusätzlichen Kompensation hoher Toleranzen können die daran vorgesehenen Biegungen so ausgebildet sein, dass zusätzlich zur der Kompensation durch die schwimmende Lagerung die zumindest abschnittweise gebogenen Steckerkontaktelemente hohe Toleranzen sowohl in der Steckrichtung der Steckerelemente als auch in einer dazu senkrechten Richtung entsprechend der Ausbildung der Biegung kompensieren. Die Verjüngungen der Steckerkontaktelemente können so vorgesehen sein, dass zusätzlich zur Kompensation der Toleranzen durch die schwimmende Lagerung in der Steckrichtung eine Kompensation senkrecht zur Steckrichtung aufgrund der Verjüngungen ermöglicht wird.
Ferner kann die erfindungsgemäße Baugruppe derart ausgeführt werden, dass das Gegensteckerelement unbeweglich gelagert ist. Das Gegensteckerelement ist daher beispielsweise dazu vorgesehen, durch das obere Gehäuseteil in das schwimmend gelagerte Steckerelement, das an dem nicht-bewegten unteren Gehäuseteil angebracht ist, eingeführt beziehungsweise eingesteckt zu werden.
Weiterhin ist die erfindungsgemäße mechatronische Baugruppe so verwirklicht, dass das Steckerelement über ein Federelement gegen das Gegensteckerelemente vorspannbar ist. So werden das Steckerelement und das Gegensteckerelement, nachdem sie durch Zusammenfügen aneinander geführt sind, mit den Federelementen in die Endposition zusammengepresst und fixiert. Die Kontaktreibung aufgrund von Schwingungsbelastungen kann durch das Anpressen des Steckerelements durch das Federelement in Richtung des Gegensteckerelements vermieden werden. Damit entfällt die Verschraubung der Steckverbindung durch die Vielzahl von kleinen abzudichtenden Schrauben, die im Servicefall Probleme (Abreißen der Steckerpins beziehungsweise Steckerkontaktstiftelemente, Dichtungen vergessen oder beschädigen) verursachen können. Auch wird in diesem Fall jene Situation vermieden, bei der im Servicefall Kabel oder Flexleitungen des losen Steckerelements abreißen oder eingeklemmt werden können. Die Gehäuseteile können daher in nur einem Fertigungsschritt zusammengebaut werden, ohne dass die Steckerelemente der Steckverbindungen zusätzlich manuell miteinander gekoppelt werden müssen, beispielsweise anhand einer Verriegelung.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Baugruppe derart realisiert werden, dass das Steckerelement und das Gegensteckerelement jeweils eine oder mehrere Führungseinrichtungen umfassen, über die das Steckerelement und das Gegensteckerelement zur Herstellung der elektrischen Verbindung aneinander führbar sind. Dadurch wird eine ”blinde” Montage des Steckerelements und des Gegensteckerelements ermöglicht, ohne dass die Steckverbindung im Sichtbereich oder Montagebereich des Monteurs liegen muss, insbesondere beim Zusammenbau beziehungsweise beim Zusammenfügen von Ober- und Unterteil der entsprechenden Baugruppen.
In diesem Zusammenhang kann die erfindungsgemäße Baugruppe auch so weitergebildet werden, dass die Führungseinrichtungen des Steckerelements und des Gegensteckerelements jeweils durch Gleitflächen und/oder Passungen gebildet werden, über die das Steckerelement und das Gegensteckerelement zur Herstellung der elektrischen Verbindung aneinander gleiten. Vorzugsweise weisen das Steckerelement und das Gegensteckerlement oder dem Steckerelement und dem Gegensteckerlement zugeordnete Steckergehäuse Passstifte und/oder Einbau-/Einführschrägen wie Gleitflächen oder entsprechend ausgeführte Fasen auf, um die elektrische Verbindung durch die Steckverbindung möglichst einfach bewerkstelligen zu können.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Baugruppe derart ausgebildet, dass das Steckerelement an einem Leitungsträger gelagert ist, der an einem Gehäuseunterteil fixiert ist.
Darüber hinaus wird die erfindungsgemäße Baugruppe in vorteilhafter Weise so umgesetzt, dass das Gegensteckerelement an einer Leiterplatte gelagert ist, die an ein Gehäuseoberteil fixiert ist.
Weiterhin ist die erfindungsgemäße mechatronischen Baugruppe derart ausgebildet, dass die Steckverbindung eine Flachsteckerverbindung ist. Diese Flachsteckerverbindung zeichnet sich durch ihre Robustheit besonders aus und ist im Zusammenhang mit der Montage der elektronischen und mechanischen Baugruppe daher besonders vorteilhaft, insbesondere aufgrund der blinden Montage über die Führungseinrichtung. Vorzugsweise ist das beweglich gelagerte Steckerelement mit einem flexiblen Leitungsträger elektrisch verbunden, beispielsweise mit einer Flexleiterplatte, einem Stanzgitter, einem Flachbandkabel, Kabeln etc.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage einer mechatronischen Baugruppe sieht ein Zusammenstecken des Steckerelements und des Gegensteckerelements vor, bei dem sich zumindest eines der Steckerelemente innerhalb eines Spiels bezüglich dessen Lagerung bewegt. Vorzugsweise lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch mit mehreren Steckverbindungen durchführen, die jeweils Steckerelemente und Gegensteckerelemente umfassen und an unterschiedlichen Positionen innerhalb der Baugruppe angeordnet sind. Auch in diesem Fall ist lediglich ein entsprechender Füge- oder Montagevorgang durchzuführen. Beispielsweise können die Steckerelemente und Gegensteckerelemente jeweils an Steckerleisten vorgesehen sein. Weiterhin ergeben sich durch das erfindungsgemäße Verfahren die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen mechatronischen Baugruppe erläuterten Eigenschaften und Vorteile in gleicher oder ähnlicher Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen mechatronischen Baugruppe verwiesen wird.
Gleiches gilt sinngemäß für die folgenden bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen auch diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen mechatronischen Baugruppe verwiesen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise so weitergebildet werden, dass es das Zusammenstecken des Steckerelements und des Gegensteckerelements umfasst, bei dem sich das Gegensteckerelement in einer Steckrichtung innerhalb des Spiels bezüglich dessen Lagerung bewegen.
Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, dass es das Zusammenstecken des Steckerelements und des Gegensteckerelements umfasst, bei dem sich das Gegensteckerelement bezüglich dessen Lagerung nicht bewegt.
Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren derart verwirklicht, dass es das Zusammenstecken des Steckerelements und des Gegensteckerelements umfasst, bei dem das Steckerelement gegen das Gegensteckerelemente vorgespannt wird. Die Vorspannung des Steckerelements gegen das Gegensteckerelement erfolgt vorzugsweise durch ein Federelement, das das beweglich gelagerte Steckerelement in dessen Endlage gegen das unbewegliche Gegensteckerelement vorspannt. Jedoch können in diesem Zusammenhang jegliche, dem Fachmann bekannte elastische Elemente verwendet werden, die zur Vorspannung des Steckerelements gegen das unbeweglich gelagerte Gegensteckerelement geeignet sind.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgebildet werden, dass es das Zusammenstecken des Steckerelements und des Gegensteckerelements umfasst, bei dem das Steckerelement und das Gegensteckerelement jeweils über eine oder mehrere Führungseinrichtungen aneinander geführt werden.
In diesem Zusammenhang kann das erfindungsgemäße Verfahren so weitergebildet werden, dass es das Zusammenstecken des Steckerelements und des Gegensteckerelements umfasst, bei dem das Steckerelement und das Gegensteckerelement über die Führungseinrichtungen, die jeweils durch Gleitflächen und/oder Passungen gebildet werden, zur Herstellung der elektrischen Verbindung aneinander gleiten.
Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren derart umgesetzt werden, dass es ein Lagern des Steckerelements an einem Leitungsträger umfasst, der an einem Gehäuseunterteil fixiert ist, bevor das Zusammenstecken des Steckerelements und des Gegensteckerelements vorgenommen wird.
Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, dass es ein Lagern des Gegensteckerelements an einer Leiterplatte umfasst, die an ein Gehäuseoberteil fixiert ist, bevor das Zusammenstecken des Steckerelements und des Gegensteckerelements vorgenommen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist so verwirklicht, dass es ein Zusammenstecken des Steckerelements und des Gegensteckerelements zur Herstellung einer Steckverbindung umfasst, die durch eine Flachsteckerverbindung ausgebildet wird.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 eine Darstellung einer Baugruppe gemäß einem Beispiel;
2 eine vergrößerte Darstellung einer Befestigungseinrichtung eines Steckerelements der Baugruppe von 1;
3 eine isometrische Ansicht der Baugruppe von 1;
4 eine Schnittdarstellung der Baugruppe von 1;
5 eine isometrische Darstellung eines Steckerelements einer erfindungsgemäßen Baugruppe gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei die Baugruppe zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist;
6 eine Querschnittdarstellung des Steckerelements von 5;
7 eine Befestigungseinrichtung des Steckerelements von 5;
8 eine Seitenansicht der Befestigungseinrichtung von 7;
9 eine Ansicht der Befestigungseinrichtung von 7 mit darin gelagertem Steckerelement von unten; und
10 eine Querschnittansicht der erfindungsgemäßen Baugruppe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel mit vorgespanntem beweglich gelagertem Steckerelement.
1 zeigt eine Darstellung einer Baugruppe 10 gemäß einem Beispiel. Die Baugruppe 10 umfasst im dargestellten Fall ein oder mehrere Steckverbindungen 32, wobei der Einfachheit halber lediglich eine dargestellt ist. Die Steckverbindung 32 weist ein Steckerelement 18 und ein Gegensteckerelement 16 auf. Das Steckerelement 18 umfasst nicht näher dargestellte Steckerhöhlenkontaktelemente, in die entsprechend Steckerstiftkontaktelemente des Gegensteckerelements 16 in einer Steckrichtung (z-Richtung) einsteckbar sind, um eine elektrische Verbindung herzustellen. Das Steckerelement 18 ist über eine Befestigungseinrichtung 24 an einem Leitungsträger 20 oder einem anderen Teil der Baugruppe 10 schwimmend gelagert, d. h. innerhalb eines vorgegebenen Spiels in der Steckrichtung bewegbar gelagert. Vorzugsweise ist das Steckerelement 18 zusätzlich schwimmend in Richtungen senkrecht zur Steckrichtung (x-y-Richtungen) gelagert. Darüber hinaus ist das Steckerelement 18 mit an oder in dem Leitungsträger 20 verlaufenden Leitungen über die entsprechenden Steckerkontaktelemente verbunden. Die Befestigungseinrichtung 24 zum Vorfixieren des Steckerelements 18 ist in diesem Beispiel in der Form einer herkömmlichen Einrast- beziehungsweise Clip-Verbindung ausgebildet, wie insbesondere in 2 ersichtlich ist. Vorzugsweise besteht zwischen der Einrast-Verbindung und dem Steckerelement 18 ein Spiel senkrecht zur Steckrichtung, ähnlich einer Spielpassung, so dass das Steckerelement 18 innerhalb des Spiels senkrecht zur Steckrichtung ebenso bewegbar ist. So ist ein Aufstecken des Steckerelements 18 in Richtung des Leitungsträgers 20 und Einrasten zu dessen Befestigung durch die Befestigungseinrichtung 24 möglich, wodurch das Steckerelement 18 innerhalb des Spiels entsprechend der Länge der zapfenartig ausgebildeten Befestigungseinrichtung bewegbar ist. Insbesondere wird das Spiel durch einen Anschlag der Befestigungseinrichtung 24 begrenzt. Ein Abnehmen beziehungsweise Ausrasten des Steckerelements 18 ist hingegen nur durch Zusammendrücken der Befestigungseinrichtung 24 möglich, wie insbesondere aus der vergrößerten Darstellung der Befestigungseinrichtung 24 in 2 ersichtlich ist. Weiterhin wird das Steckerelement 18 über ein Federelement 22, das zwischen dem Leitungsträger 20 und dem Steckerelement 18 um die Befestigungseinrichtung 24 herum gewunden angeordnet ist, in Richtung des Gegensteckerelements 16 vorgespannt. In diesem Zusammenhang zeigt 3 zur besseren Übersicht eine isometrische Ansicht der Baugruppe 10 von 1. Zurückkehrend zu 1 ist der Leitungsträger 20 mit einem unteren Gehäuseteil beziehungsweise einem Gehäuseunterteil 26 oder einem sonstigen Bauteil gekoppelt. Das Gegensteckerelement 16 ist starr und damit unbeweglich mit einer Leiterplatte 14 gekoppelt, wobei die Leiterplatte 14 wiederum mit einem oberen Gehäuseteil beziehungsweise einem Gehäuseoberteil 12 oder einem sonstigen Bauteil gekoppelt ist. Weiterhin sind jeweils die Steckerkontaktelemente des Gegensteckerelements 16 mit nicht dargestellten Leitungen der Leiterplatte 14 elektrisch gekoppelt. Wie insbesondere aus 4 ersichtlich ist, weisen das Steckerelement 18 und das Gegensteckerelement 16 jeweils Einführschrägen in der Form von Gleitflächen oder Anfasungen auf, wodurch ein Zusammenbau, wie nachstehend erläutert, erleichtert wird. Ferner ist eine Demontagehalterung 30 an dem Leitungsträger 20 vorgesehen, die mit Randabschnitten des Steckerelements 18 bei dessen Demontage zumindest teilweise in Berührung bringbar ist, um eine schadensfreie Demontage im Servicefalle zu ermöglichen. Darüber hinaus sind das obere und untere Gehäuseteil 12, 26 miteinander gekoppelt. Zwischen den Gehäuseteilen 12, 26 ist eine nicht dargestellte Dichtung vorgesehen, die ein Eindringen von Feuchtigkeit in das Gehäuseinnere verhindert.
Das Verfahren zur Montage der Baugruppe 10 gestaltet sich wie folgt. Zunächst wird die Leiterplatte 14 mit dem daran vorgesehenen Gegensteckerelement 16 an dem oberen Gehäuseteil 12 befestigt. Ebenso wird das Steckerelement 18 über die Befestigungseinrichtung 24 an dem Leitungsträger 20 angebracht, wobei das Steckerelement 18 schwimmend gelagert wird. Der Leitungsträger 20 wird an dem unteren Gehäuseteil 26 fixiert. Somit sind sowohl das Steckerelement 18 an dem unteren Gehäuseteil 26 als auch das Gegensteckerelement 16 an dem oberen Gehäuseteil 12 vorfixiert beziehungsweise vormontiert. Anschließend wird das obere Gehäuseteil 12 an das untere Gehäuseteil 26 geführt beziehungsweise mit dem unteren Gehäuseteil 26 verbaut. Dabei wird das Gegensteckerelement 16 über dessen Einführschrägen 28 bei entsprechender Ausrichtung der Gehäuseteile 12, 26 über die Einführschrägen 28 des Steckerelements 18 in Richtung des Steckerelements 18 geführt. Sobald der Gegenstecker 16 die elektrische Verbindung mit dem Steckerelement 18 über die jeweiligen Steckerkontaktelemente hergestellt hat und beide Steckerelemente 16, 18 maximal ineinander geschoben sind, bewegt sich das schwimmend gelagerte Steckerelement 18 mit dem Gegenstecker 16 gegen die Vorspannung des Federelements 22 mit. Ebenso kann sich das schwimmend gelagerte Steckerelement 18 bei der Zusammenführung der Gehäuseteile 12, 26 senkrecht zur Steckrichtung bewegen, um mögliche Abmaßungenauigkeiten der Gehäuseteile 12, 26 auch senkrecht zur Steckrichtung kompensieren zu können. Dadurch können zum einen fertigungs- und konstruktionsbedingte Toleranzen ausgeglichen werden. Zum anderen wird die elektrische Verbindung zwischen den Steckerelementen 16, 18 durch die Vorspannung des Federelements 22 sichergestellt, da dieses die Steckerelemente 16, 18 permanent zusammendrückt und zu diesem Zweck eine größere Kraft ausübt, als die dieser entgegenwirkenden Steckerpins. Ebenso werden die Gehäuseteile 12 und 26 miteinander gekoppelt, wobei eine umlaufende Dichtung zwischen den Gehäuseteilen zwischengelegt sein kann.
5 zeigt eine isometrische Darstellung der Steckverbindung 132 einer erfindungsgemäßen Baugruppe 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei die Baugruppe 100 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird bei der Beschreibung des Ausführungsbeispiels lediglich auf die Unterschiede zum im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Beispiel eingegangen. Dabei werden im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel stehende Komponenten, welche den Komponenten des Beispiels entsprechen beziehungsweise diesen ähnlich sind, mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. Wie auch bei dem Beispiel umfasst die Steckverbindung 132 ein Steckerelement 118 und ein Gegensteckerelement 116. In diesem Fall ist das Federelement 122 jeweils an einem Endabschnitt des Steckerelements 118 in einem zylindrischen Hohlraum aufgenommen, wie insbesondere aus 6 ersichtlich ist. Zwischen den Endabschnitten des Steckerelements 118 ist, wie in 5 ersichtlich, eine Aussparung mit elektrischen Kontakten vorgesehen. Weiterhin sind die Endabschnitte des Steckerelements 118 jeweils mit einem sich radial von dem Endabschnitt erstreckenden Kragen 140 vorgesehen, die zur Bewerkstelligung der schwimmenden Lagerung des Steckerelements 118 dienen, wie nachstehend erläutert wird. Das Gegensteckerelement 116 ist in diesem Ausführungsbeispiel zur Aufnahme des Steckerelements 118 langlochförmig und hohlkörperartig ausgebildet und weist an dessen Randabschnitt Einführschrägen 128 auf, die in der Form eines Einfangtrichters ausgebildet sind. Vorzugsweise sind die Einführschrägen in einem Winkel von 30° bezüglich der Steckrichtung geneigt, wie insbesondere aus 6 ersichtlich ist. 6 zeigt eine Querschnittdarstellung des Steckerelements 118 von 5, wobei in dieser Darstellung das Steckerelement 118 und das Gegensteckerelement 116 miteinander zur Herstellung der elektrischen Verbindung gekoppelt sind. Wie weiterhin aus 6 ersichtlich ist, wird das Federelement 122 in dem zylindrischen Hohlraum des Endabschnitts des Steckerelements 118 aufgenommen und umgibt dabei einen sich entlang einer Längsachse des zylindrischen Hohlraums erstreckenden Vorsprung beziehungsweise Zapfen oder Dom, so dass das Federelement anhand des Vorsprungs an dem Steckerelement 118 befestigt und somit verliersicher ist. 7 zeigt eine Befestigungseinrichtung 124 zur Befestigung des Steckerelements 118 von 5. Wie daraus ersichtlich ist, wird das Steckerelement 118 durch eine als Kunststoffrahmen ausgebildete Befestigungseinrichtung 124 schwimmend gelagert.
Wie auch beim dem Beispiel ist das Steckerelement 118 in der Steckrichtung (beziehungsweise Zylinderraumlängsachse oder Federelementlängsachse) innerhalb eines Spiels bewegbar gelagert, wie nachstehend detailliert erläutert wird in Zusammenhang mit 10. Die als Kunststoffrahmen ausgebildete Befestigungseinrichtung 124 umfasst zu deren Fixierung an einem Bauteil der Baugruppe 100 Fixierzapfen 142, die vorzugsweise an einem unteren Gehäuseteil beziehungsweise einem Modulunterteil fixiert werden.
8 zeigt eine Seitenansicht der Befestigungseinrichtung von 7. Daraus ist ersichtlich, dass die Befestigungseinrichtung 124 zur genauen Ausrichtung des Steckerelements 118 mit zusätzlichen Stützelementen beziehungsweise Laschen 134 an einer Unterseite der Befestigungseinrichtung ausgestattet ist. Diese Laschen dienen insbesondere dazu, das Steckerelement 118 in der Steckrichtung zu führen, sind jedoch flexibel beziehungsweise elastisch ausgelegt. 9 zeigt eine Ansicht der Befestigungseinrichtung 134 von 7 mit darin gelagertem Steckerelement 118 von unten. Wie aus den in 9 dargestellten Pfeilen veranschaulicht, lagert die Befestigungseinrichtung 124 das Steckerelement 118 weiterhin schwimmend in Richtungen senkrecht zur Steckrichtung (x-y-Richtung) innerhalb eines Spiels. Dieses Spiel wird dabei durch die Auslegung des Kragens 140 und der als Kunststoffrahmen ausgeführten Befestigungseinrichtung 124 vorgegeben. 10 zeigt eine Querschnittansicht der erfindungsgemäßen Baugruppe 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel mit vorgespanntem beweglich beziehungsweise schwimmend gelagertem Steckerelement 118. Die Befestigungseinrichtung 124 ist in diesem Fall durch ein nicht dargestelltes Bauteil der erfindungsgemäßen Baugruppe 100 gehaltert beziehungsweise gestützt, insbesondere durch deren Fixierzapfen 142. Ebenso ist das Steckerelement 118 mit dem Gegensteckerelement 116 zur Herstellung der elektrischen Verbindung gekoppelt, wobei das Gegensteckerelement 116 jedoch in 10 nicht dargestellt ist. Im Unterschied zum Beispiel wird die Vorspannung auf das Steckerelement 118 dadurch aufgebracht, dass ein Moduldeckel oder ein Gehäusedeckel 136 oder ein sonstiges Bauteil der erfindungsgemäßen Baugruppe 100 direkt auf das Federelement 122 über einen an dem Moduldeckel 136 ausgebildeten Vorsprung wirkt. Gleichzeitig ist der Moduldeckel 136 mit einem Endabschnitt an einem Abschnitt der Befestigungseinrichtung 124 gestützt. Somit stellt sich entsprechend der Federkraft des Federelements 138 und in Abhängigkeit der Position des Gegensteckerelements 116 bezüglich des Steckerelements 118 die Lage des innerhalb des Spiels 138 bewegbar beziehungsweise schwimmend gelagerten Steckerelements 118 ein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage der erfindungsgemäßen Baugruppe gemäß dem Ausführungsbeispiel gestaltet sich in ähnlicher Weise wie bei der Beschreibung des Beispiels, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung des Verfahrens zur Montage der Baugruppe gemäß dem Beispiel verwiesen wird. Insbesondere wird die Befestigungseinrichtung 124 über deren Fixierzapfen 142 an einem der Gehäuseteile oder einem sonstigen Bauteil der Baugruppe 100 vorfixiert. Dabei wird das Steckerelement 118 über die Einführschrägen beziehungsweise den Einfangtrichter 128 des Gegensteckerelements 116 in dem Gegensteckerelement 116 aufgenommen. Dabei bewirkt die schwimmende Lagerung des Steckerelements 118 beim Zusammenstecken beider Steckerelemente 116, 118 den Toleranzausgleich in Richtungen senkrecht zur Steckrichtung. Sobald das Steckerelement 118 und das Gegensteckerelement 116 maximal zusammengeführt beziehungsweise ineinander gesteckt sind, erfolgt der Toleranzausgleich in der Steckrichtung durch die schwimmende Lagerung des Steckerelements 118, wobei das Steckerelement 118 in dessen Endlage in dem Gegensteckerelement 116 gegen Letzteres durch das Federelement 122 vorgespannt wird.

Claims

Mechatronische Baugruppe eines Nutzfahrzeugs aufweisend eine elektronische Baugruppe (100), eine mechanische Baugruppe und eine als Flachsteckerverbindung ausgeführte Steckverbindung (132) mit einem Steckerelement (118) und einem Gegensteckerelement (116), – wobei über die Steckverbindung (132) im zusammengesteckten Zustand eine elektrische Verbindung zwischen Komponenten der elektronischen und der mechanischen Baugruppe herstellbar ist, – wobei das Steckerelement (118) in einer Steckrichtung über Federelemente (122) gegen das zugehörige Gegensteckerelement (116) vorspannbar ist, – wobei die Vorspannung auf das Steckerelement (118) dadurch aufgebracht ist, dass ein Moduldeckel (136) über einen an dem Moduldeckel (136) ausgebildeten Vorsprung direkt auf die Federelemente (122) wirkt, wobei der Moduldeckel (136) mit einem Endabschnitt an einem Abschnitt einer Befestigungseinrichtung (124) gestützt ist und das Steckerelement (118) über die Befestigungseinrichtung (124) in der Steckrichtung geführt und schwimmend gelagert ist, – wobei die Federelemente (122) in einer Ebene senkrecht zu der Steckrichtung an den beiden am weitesten voneinander entfernten Enden der zusammengesteckten Steckverbindung (132) angeordnet sind, und – wobei das Steckerelement (118) und das Gegensteckerelement (116) im zusammengesteckten Zustand durch die Federelemente (122) gegeneinander verspannt sind.
Mechatronische Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegensteckerelement (116) in der Steckrichtung schwimmend oder unbeweglich gelagert ist.
Mechatronische Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckerelement (118) und das Gegensteckerelement (116) jeweils eine oder mehrere Führungseinrichtungen (128) aufweisen, über die das Steckerelement (118) und das Gegensteckerelement (116) zur Herstellung der elektrischen Verbindung aneinander führbar sind.
Mechatronische Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtungen (128) des Steckerelementes (118) und des Gegensteckerelementes (116) jeweils durch Gleitflächen und/oder Passungen gebildet werden, über die das Steckerelement (118) und das Gegensteckerelement (116) zur Herstellung der elektrischen Verbindung aneinander gleiten.
Mechatronische Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckerelement (118) durch die Befestigungseinrichtung (124) an einem Leitungsträger gelagert ist, der an einem Gehäuseteil fixiert ist.
Mechatronische Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegensteckerelement (116) an einer Leiterplatte gelagert ist, die an ein Gehäuseoberteil fixiert ist.
Verfahren zur Montage einer mechatronischen Baugruppe eines Nutzfahrzeugs, wobei die mechatronische Baugruppe eine elektronische Baugruppe (100), eine mechanische Baugruppe und eine als Flachsteckerverbindung ausgeführte Steckverbindung (132), mit einem Steckerelement (118) und einem Gegensteckerelement (116) aufweist, – wobei über die Steckverbindung (132) im zusammengesteckten Zustand eine elektrische Verbindung zwischen Komponenten der elektronischen und der mechanischen Baugruppe hergestellt ist, – wobei sich das Steckerelement (118) innerhalb eines Spiels bezüglich dessen Lagerung bei einem Zusammenstecken des Steckerelementes (118) und des Gegensteckerelementes (116) bewegt, – wobei eine Vorspannung auf das Steckerelement (118) dadurch aufgebracht wird, dass ein Moduldeckel (136) über einen an dem Moduldeckel (136) ausgebildeten Vorsprung direkt auf Federelemente (122) wirkt, wobei der Moduldeckel (136) mit einem Endabschnitt an einem Abschnitt einer Befestigungseinrichtung (124) abgestützt wird und das Steckerelement (118) über die Befestigungseinrichtung (124) in der Steckrichtung geführt und schwimmend gelagert wird, und – wobei bei dem Zusammenstecken des Steckerelementes (118) und des Gegensteckerelementes (116) das Steckerelement (118) gegen das Gegensteckerelement (116) durch Federelemente (122) verspannt wird, die in einer Ebene senkrecht zu der Steckrichtung an den beiden am weitesten voneinander entfernten Enden der zusammengesteckten Steckverbindung (132) angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Zusammenstecken das Gegensteckerelement (116) bezüglich dessen Lagerung nicht bewegt oder in der Steckrichtung bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckerelement (118) und das Gegensteckerelement (116) jeweils über eine oder mehrere Führungseinrichtungen (128) aneinander geführt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckerelement (118) und das Gegensteckerelement (116) über die Führungseinrichtungen (128), die jeweils durch Gleitflächen und/oder Passungen gebildet werden, zur Herstellung der elektrischen Verbindung aneinander gleiten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckerelement (118) durch die Befestigungseinrichtung (124) an einem Leitungsträger gelagert wird, der an einem Gehäuseunterteil fixiert wird, bevor das Zusammenstecken des Steckerelementes (118) mit dem Gegensteckerelement (116) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegensteckerelement (116) an einer Leiterplatte gelagert wird, die an einem Gehäuseoberteil fixiert wird, bevor das Zusammenstecken des Steckerelementes (118) mit dem Gegensteckerelement (116) vorgenommen wird.