DE102015216419B4

DE102015216419B4 - Elektronisches Gerät mit einem Gehäuse mit einer darin angeordneten Leiterplatte

Info

Publication number: DE102015216419B4
Application number: DE102015216419.5A
Authority: DE
Inventors: Christian Harrer; Andreas Bernhardt
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2022-06-15
Anticipated expiration: 2035-08-28
Also published as: US10342152B2; US20180255659A1; DE102015216419A1; WO2017032729A1; CN107926129A; CN107926129B

Abstract

Elektronisches Gerät (1) mit- einer mehrteiligen Leiterplatte (3), deren Leiterplattenteile (4 - 9) mittels stromführender, flexibler Bereiche (10 - 13) miteinander verbunden sind,- einem Stützgerüst (19), um das herum die um ihre flexiblen Bereiche (10 -13) gebogene Leiterplatte (3) angeordnet und fixiert ist,- einem Gehäuse (2), in dem die auf dem Stützgerüst (19) montierte Leiterplatte (3) fixiert ist, wobei- die Leiterplatte (3) zumindest fünf Leiterplattenteile (5 - 9) aufweist, die in einer Reihe angeordnet sind, wobei bei der auf das Stützgerüst (19) montierten Leiterplatte (3) die jeweiligen Reihenendleiterplattenteile (4, 5, 9) eine geringere Breite haben als die Leiterplatte (3),- die Summe der Reihenendleiterplattenteilbreiten nicht größer ist als die Leiterplattenbreite, und- die Reihenendleiterplattenteile (4, 5) von einem Rand der mehrteiligen Leiterplatte (3) und das Reihenendleiterplattenteil (9) von einem anderen Rand der mehrteiligen Leiterplatte (3) durch ein Falten um das Stützgerüst (19) herum an einer gleichen Stützgerüstseite nebeneinander liegen.

Description

Steuergeräte zur Ablaufsteuerung in Fahrzeugen, insbesondere Motorsteuergeräte, müssen immer komplexere Steueraufgaben übernehmen und weisen daher eine zunehmende Anzahl an elektronischen und elektrischen Bauteilen auf, die auf Leiterplatten angeordnet werden müssen. Um dieser Anforderung gerecht zu werden, gibt es neben der Verwendung mehrerer Leiterplatten, die dann aufwändig elektrisch miteinander verbunden werden müssen, auch mehrteilige Leiterplatten, die mittels stromführender, flexibler Bereiche, die beispielsweise mittels Fräsen hergestellt werden, miteinander verbunden sind. Dies bedeutet eine Vereinfachung des Herstellungsvorgangs, da insbesondere die nachträgliche elektrische Verbindung von mehreren Leiterplatten entfällt.
Da Steuergeräte im automobilen Bereich jedoch hohen mechanischen Belastungen, insbesondere Vibrationen, ausgesetzt sind, ist es erforderlich, die einzelnen Leiterplattenteile gut an dem Gehäuse zu verankern. Dies erfolgt derzeit zumeist mittels Schrauben, was jedoch einen erhöhten Herstellungsaufwand mit sich bringt. Außerdem muss aufgrund von Leistungselektronikbauteilen und der damit einhergehenden starken Erwärmung ein guter thermischer Übergang von einem Leiterplattenteil zum zumeist metallischen Gehäuse, das als Kühlkörper fungiert, gegeben sein.
Die DE 39 36 906 A1 offenbart eine Leiterplatte aus mehreren Leiterplattenteilen, die über flexible Bereiche miteinander verbunden sind, mittels denen die Leiterplattenteile durch mehrmaliges Biegen um die flexiblen Bereiche derart verschwenkt werden, dass die beiden Randteile der Gesamtleiterplatte, die Stecker aufnehmen sollen, in derselben Ebene zu liegen kommen. Zwei durch das mehrmalige Biegen gegenüberliegende Leiterplattenteile sind mit einem Deckel bzw. einem Boden eines die Leiterplatte aufnehmenden Gehäuses verklebt, wobei der Deckel und der Boden in entsprechenden Nuten eines umlaufenden Gehäuserahmenteils verspreizt werden. Auf diese Weise kann eine mehrteilige Leiterplatte zwar gut mechanisch und thermisch mit dem Gehäuse gekoppelt werden, allerdings ist die Herstellung aufwändig.
Die DE 10 2013 200 635 A1 offenbart ebenfalls eine mehrteilige Leiterplatte, bei der an mehreren Seiten einer zentralen Teilleiterplatte weitere Teilleiterplatten über flexible Bereiche angebunden sind, an denen wiederum weitere, kleinere Teilleiterplatten angebunden sind. Durch entsprechendes Biegen der flexiblen Bereiche werden die Teilleiterplatten so positioniert, dass alle Teilleiterplatten senkrecht zu der zentralen Teilleiterplatte angeordnet sind und die kleineren Teilleiterplatten nebeneinander zu liegen kommen, da sie mit Steckern bestückt und in der Öffnung eines Gehäuses positioniert werden sollen. Durch die Rückstellkraft der flexiblen Bereiche werden die Teilleiterplatten zwar gegen eine benachbarte Gehäusewand gedrückt, wenn die Leiterplatte in einem Gehäuse montiert ist, allerdings reicht dies nicht aus, um bei Vibrationen, wie sie in einem Kraftfahrzeug in hohem Maße vorkommen, ein Schwingen der Teilleiterplatten zu verhindern, so dass sie üblicherweise angeschraubt werden müssen.
Die mehrteiligen Leiterplatten der DE 39 36 906 A1 und der DE 10 2013 200 635 A1 können selbstverständlich um weitere Teilleiterplatten ergänzt werden, so dass beispielsweise ein ganzer Quader erzeugt werden kann, dessen Seitenwände durch die Teilleiterplatten gebildet wird.
Allerdings besteht bei zunehmender Komplexität der mehrteiligen Leiterplatte trotz deren Vorteile das Problem einer zunehmend aufwändigeren Herstellung der Endform und deren Montage in einem Gehäuse.
Aus dem Dokument DE 44 29 983 C1 ist bspw. ein elektrisches oder elektronisches Gerät für ein Kraftfahrzeug mit einer biegsamen Leiterplatte bekannt, die zumindest abschnittsweise mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen bestückt ist. Die biegsame Leiterplatte ist um einen Tragekörper herum angeordnet und befestigt. Durch mindestens ein mit der Leiterplatte verbundenes Gehäuseteil und mittels Einzugshaken am Tragekörper, entlang derer das Gehäuseteil beim Verbinden mit dem Tragekörper geführt wird, wird neben einer besonders einfachen und kostengünstigen Montage ein besonders kompakter und funktionssicherer Geräteaufbau erzielt.
Aus dem Dokument DE 43 32 716 A1 ist ein Kombinations-Instrument mit einem Gehäuse, einem Systemträger zur Aufnahme von Anzeigeinstrumenten und einer Leiterplatte bekannt, die mit einem Systemträger mittels Befestigungselementen verbunden und schwimmend gelagert ist.
Aus dem Dokument DE 10 2008 052 243 A1 ist eine Schutzabdeckung zur schützenden Halterung einer flexiblen Leiterplatte bekannt mit einer Schutz-Einheit zur Abdeckung einer Oberfläche der flexiblen Leiterplatte und einer Verbindungseinheit zur sicheren Verbindung einer Aussteifungsplatte der flexiblen Leiterplatte mit der Schutzabdeckung.
Aus dem Dokument DE 10 2007 046 493 A1 ist ein dreidimensionaler elektrischer Schaltungsträgeraufbau bekannt mit mindestens zwei miteinander in Verbindung stehenden planaren, zweidimensionalen Substratplatten, die Kontaktierungselemente aufweisen und vorzugsweise beidseitig mit elektronischen Bauteilen bestückt sind, wobei die Substratplatten Substratplatten-Wandungen bilden, die in einem Winkel < 180° zueinander angeordnet sind, woraus ein dreidimensionaler Raumformkörper mit Freiräumen zwischen den Substratplatten-Wandungen resultiert und wobei zweckmäßigerweise elektrische Leitermittel vorgesehen sind, die elektrischen Strom von einer Substratplatten-Wandung zu einer benachbarten Substratplatten-Wandung leiten
Aus dem Dokument DE 10 2008 025 938 A1 ist eine Leiterplattenanordnung bekannt, umfassend eine Leiterplatte, die eine Mehrzahl von starren Bereichen und eine Mehrzahl von biegbaren Bereichen aufweist, und bei der jeweils mindestens zwei starre Bereiche durch mindestens einen biegbaren Bereich miteinander gekoppelt sind.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein elektronisches Gerät derart zu gestalten, dass eine einfache und kostengünstige Herstellung und Montage möglich ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein elektronisches Gerät nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist das elektronische Gerät mit einer mehrteiligen Leiterplatte, deren Leiterplattenteile mittels stromführender, flexibler Bereiche miteinander verbunden sind, einem Stützgerüst, um das herum die um ihre flexiblen Bereiche gebogene Leiterplatte angeordnet und fixiert ist und einem Gehäuse, in dem die auf dem Stützgerüst montierte Leiterplatte fixiert ist, gebildet.
Durch das Stützgerüst kann die Endform der mehrteiligen Leiterplatte in einfacher Weise durch Falten der einzelnen Leiterplattenteile um das Stützgerüst herum und Fixieren der Leiterplattenteile daran hergestellt werden. Es ist schließlich in einfacher und kostengünstiger Weise möglich, das gesamte „Leiterplattenpäckchen“ in das Gehäuse einzuschieben. Das Stützgerüst kann dabei mit Stäben gebildet sein, die über jeweilige Eckverbinder miteinander verbunden sind.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weist das Stützgerüst zur Fixierung der Leiterplatte Rastnasen auf, in denen entsprechende Leiterplattenteile verrastet sind.
Das Stützgerüst ist besonders vorteilhaft, wenn die mehrteilige Leiterplatte vollständig um es herum gefaltet wird.
Erfindungsgemäß sind zumindest fünf Leiterplattenteile in einer Reihe angeordnet, wobei bei der auf das Stützgerüst montierten Leiterplatte die jeweiligen Reihenendleiterplattenteile eine geringere Breite haben als die Leiterplatte, wobei die Summe der Reihenendleiterplattenteilbreiten nicht größer ist als die Leiterplattenbreite, und wobei zwei Reihenendleiterplattenteile von einem Rand der mehrteiligen Leiterplatte und ein weiteres Reihenendleiterplattenteil von einem anderen Rand der mehrteiligen Leiterplatte durch ein Falten um das Stützgerüst an einer gleichen Stützgerüstseite nebeneinander liegen. Diese Reihenendleiterplattenteile können dann mit Steckern versehen werden, wobei Eingangssignale über den einen und Ausgangssignale über den anderen Stecker auf die bzw. von der Leiterplatte geführt werden und damit nur in einer Richtung über die Leiterplatte geführt werden müssen, was zu einer Vereinfachung der Leitungsführung führt.
Bei solchen geschlossenen Formen kann die Endform mittels des erfindungsgemäßen Stützgerüsts besonders effizient hergestellt werden.
Dies gilt auch in besonderem Maße für den Fall, dass die Reihenendleiterplattenteile mit Kontaktsteckern bestückt sind.
Wenn sich das Stützgerüst und das Gehäuseinnere in zumindest einer Querschnittsebene in Richtung des Gehäuseinneren verjüngen, wird das „Leiterplattenpäckchen“ im Gehäuse verkeilt, so dass die den Gehäusewänden zuwandten Leiterplattenoberflächen zu Kühlzwecken in gutem thermischen Kontakt mit den Gehäusewänden sind.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen einer Gehäusewand und einer dieser Gehäusewand zugewandten Oberfläche eines Leiterplattenteils eine gut wärmeleitende Masse angeordnet.
Die Leiterplattenteile können beidseitig bestückt sein, wobei sehr flache Bauteile vorzugsweise auf der den Gehäusewänden benachbarten Leiterplattenoberflächen angebracht sind, während höherbauende Bauteile, wie beispielsweise Kondensatoren oder Spulen, auf deren zur Gehäuseinnenseite hin zugewandten Leiterplattenoberfläche aufgebracht sind.
Wenn an dem Stützgerüst an der der Gehäuseöffnung entgegengesetzten Seite ein Leiterplattenteil angeordnet ist, kann in vorteilhafter Weise daran zumindest ein Bauteil aufgebracht sein, das in eine Kavität des Gehäuses ragt, um besser gekühlt zu werden.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Figuren näher beschrieben werden. Dabei zeigen

1 ein erfindungsgemäßes elektronisches Gerät mit einem Stützgerüst,
2 das erfindungsgemäße elektronische Gerät in einer Querschnittsdarstellung,
3 und 4 die schematische Darstellung der Herstellung eines erfindungsgemäßen elektronischen Geräts, und
5 ein Stützgerüst mit Rastnasen und daran befestigter Leiterplatte im Querschnitt.

Die 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein erfindungsgemäßes elektronisches Gerät 1, bei dem in einem Gehäuse 2 eine mehrteilige Leiterplatte 3 mit Hilfe eines Stützgerüstes 19 montiert ist. Das Stützgerüst 19 ist dabei mit Stäben gebildet, die mittels Eckverbindungsteilen miteinander verbunden sind und die Kanten eines Körpers mit einem etwa trapezförmigen Querschnitt bilden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 sind die Seitenflächen in etwa parallel zueinander verlaufend, prinzipiell können jedoch auch jeweils gegenüberliegende Seitenflächen in einem Winkel zueinander angeordnet sein.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die mehrteilige Leiterplatte 3 mit ihren Leiterplattenteilen 4 - 9 um das Stützgerüst 19 derart herumgefaltet, dass zwei gegenüberliegende Seiten des Stützgerüstes 19 nicht mit Leiterplattenteilen bedeckt sind. Die Randelemente der mehrteiligen Leiterplatte 3 sind als kleinere Leiterplattenteile 4, 5 und 9 ausgebildet, wobei die beiden Leiterplattenteile 4 und 5 am einen Rand der mehrteiligen Leiterplatte 3 und das Leiterplattenteil 9 am anderen Rand der mehrteiligen Leiterplatte 3 mittels eines jeweiligen flexiblen Bereichs verbunden sind. Durch das Falten um das Stützgerüst 19 kommen die kleinen Leiterplattenteile 4, 5 und 9 auf der gleichen Seite des Stützgerüstes 19 zu liegen und decken diese Seite durch Ineinandergreifen weitgehend ab. Nach dem Einschieben des mit der Leiterplatte 3 versehenen Stützgerüstes 19 in das Gehäuse 2 sind sie in der Öffnung des Gehäuses 2 angeordnet und können in vorteilhafter Weise mit Steckern versehen werden, die gegebenenfalls für Eingangs- und Ausgangssignale vorgesehen oder für hohe Ströme ausgebildet sind.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 ist das Gehäuseinnere zum Gehäuseboden hin sich verjüngend ausgebildet und dem trapezförmigen Querschnitt des Stützgerüstes angepasst, sodass beim Einschieben des mit der Leiterplatte 3 versehenen Stützgerüstes 19 in das Gehäuse 2 die Leiterplattenteile an die Gehäusewände angedrückt werden.
In vorteilhafter Weise können die den Gehäusewänden zugewandten Oberflächen der entsprechenden Leiterplattenteile 6 und 7 und gegebenenfalls auch des Leiterplattenteils 8 mit einer gut wärmeleitenden Masse versehen werden, sodass die durch Leistungsbauteile erzeugte Wärme gut an das metallische Gehäuse 2 abgegeben werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen elektronischen Geräts 1 sind an dem Leiterplattenteil 8, das dem Boden des Gehäuses 2 zugewandt ist, zumindest ein höher bauendes Bauteil 17 vorgesehen, das in eine Kavität des Gehäuses eingesteckt wird, um dort besonders gut gekühlt werden zu können. Die einzelnen Leiterplattenteile 4 - 9 sind mittels flexibler Bereiche 10 - 13 miteinander verbunden, wobei die flexiblen Bereiche 10 - 13 beispielsweise mittels Tieffräsen aus einer zuvor durchgehenden Leiterplatte entstanden sein können. Die flexiblen Bereiche 10 - 13, die einerseits zur Signalübertragung zwischen den einzelnen Leiterplattenteilen 4 - 9 dienen, können andererseits jedoch auch zur Führung höherer Ströme ausgelegt sein.
Die mehrteilige Leiterplatte 3 kann beidseitig mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen bestückt sein, wobei flache Bauteile 16, die gegebenenfalls gut gekühlt werden müssen, auf den den Gehäusewänden zugewandten Oberflächen der Leiterplattenteile 4 - 9 angeordnet sind, während größere Bauteile 18 wie beispielsweise Elektrolytkondensatoren oder auch Spulen auf der dem Gehäuseinneren zugewandten Oberfläche eines Leiterplattenteils 4 - 9 angeordnet sind.
Die 2 zeigt eine Querschnitts-Darstellung eines elektronischen Gehäuses mit eingeschobenem Stützgerüst mit daran montierter Leiterplatte 3 und verdeutlicht die Möglichkeit der Anordnung eines Bauteils 17 in einer Gehäusekavität 15.
In den 3 und 4 ist der Herstellungsvorgang in schematischer Weise dargestellt. So wird zunächst eine mehrteilige Leiterplatte 3 um das Stützgerüst 19 herum gefaltet, wobei dies nicht nur in einer Ebene sondern auch in mehreren Ebenen beispielsweise mit einer Leiterplatte gemäß der DE 10 2013 200 635 A1 erfolgen kann. Das so erhaltene „Leiterplattenpäckchen“ wird anschließend in ein Gehäuse 2 eingeschoben, wobei durch eine gegebenenfalls vorgesehene keilförmige Querschnittsfläche, die in beiden Querschnitts-Ebenen des Gehäuses 2 vorgesehen sein kann, die Leiterplattenteile gut an die Gehäusewände angedrückt werden, sodass ein guter mechanischer und auch thermischer Kontakt besteht, wodurch einerseits eine gute Wärmeleitung und andererseits auch eine gute Vibrationsfestigkeit gegebenen ist.
Damit sich die Leiterplatte 3 aufgrund der Rückstellkräfte der flexiblen Bereiche 10 - 13 nicht wieder vom Stützgerüst 19 löst, sind in vorteilhafter Weise Halteelemente beispielsweise in Form von Rastnasen 20, wie sie in der 5 angedeutet sind, vorgesehen. Es ist natürlich auch jede andere Form einer Fixierung der Leiterplatte an dem Stützgerüst möglich.

Claims

Elektronisches Gerät (1) mit - einer mehrteiligen Leiterplatte (3), deren Leiterplattenteile (4 - 9) mittels stromführender, flexibler Bereiche (10 - 13) miteinander verbunden sind, - einem Stützgerüst (19), um das herum die um ihre flexiblen Bereiche (10 -13) gebogene Leiterplatte (3) angeordnet und fixiert ist, - einem Gehäuse (2), in dem die auf dem Stützgerüst (19) montierte Leiterplatte (3) fixiert ist, wobei - die Leiterplatte (3) zumindest fünf Leiterplattenteile (5 - 9) aufweist, die in einer Reihe angeordnet sind, wobei bei der auf das Stützgerüst (19) montierten Leiterplatte (3) die jeweiligen Reihenendleiterplattenteile (4, 5, 9) eine geringere Breite haben als die Leiterplatte (3), - die Summe der Reihenendleiterplattenteilbreiten nicht größer ist als die Leiterplattenbreite, und - die Reihenendleiterplattenteile (4, 5) von einem Rand der mehrteiligen Leiterplatte (3) und das Reihenendleiterplattenteil (9) von einem anderen Rand der mehrteiligen Leiterplatte (3) durch ein Falten um das Stützgerüst (19) herum an einer gleichen Stützgerüstseite nebeneinander liegen.
Elektronisches Gerät (1) nach Anspruch 1, wobei das Stützgerüst (19) zur Fixierung der Leiterplatte (3) Rastnasen (20) aufweist, in denen entsprechende Leiterplattenteile (4 - 9) verrastet sind.
Elektronisches Gerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Reihenendleiterplattenteile (4, 5, 9) mit Kontaktsteckern bestückt sind.
Elektronisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützgerüst (19) und das Gehäuseinnere sich in zumindest einer Querschnittsebene in Richtung des Gehäuseinneren verjüngen.
Elektronisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) als Gehäusebecher ausgebildet ist.
Elektronisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Gehäusewand und einer dieser Gehäusewand zugewandten Oberfläche eines der Leiterplattenteile (4 - 9) eine gut wärmeleitende Masse (14) angeordnet ist.
Elektronisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (3) beidseitig mit Bauteilen (16, 17, 18) bestückt ist.
Elektronisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einer Gehäuseöffnung entgegengesetzte Gehäusewand zumindest eine Kavität (15) aufweist, in der ein auf dem dieser Gehäusewand zugewandten Leiterplattenteil (7) angeordnetes Bauteil (17) positioniert ist.
Elektronisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützgerüst (19) mit Stäben gebildet ist, die über jeweilige Eckverbinder miteinander verbunden sind.