DE102006023134B4

DE102006023134B4 - Anordnung zur Reduzierung der Betauung in einem elektronischen Gerät

Info

Publication number: DE102006023134B4
Application number: DE102006023134A
Authority: DE
Inventors: Dieter Klostermeier; Manfred Sellent; Mack Taylor; Torsten Wahler
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2026-05-18
Also published as: DE102006023134A1

Abstract

Anordnung zur Reduzierung der Betauung in einem elektronischen Gerät, wobei das Gerät ein Gehäuse (3) und mindestens ein in dem Gehäuse (3) angeordnetes elektronisches oder elektromechanisches Bauteil (4, 5, 6) umfasst, wobei in einem zwischen dem mindestens einen Bauteil (4, 5, 6) und dem Gehäuse (3) vorhandenen Hohlraum mindestens ein Einlegekörper (1, 2) aus nichtleitendem Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des mindestens einen Einlegekörpers aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien besteht, wobei mindestens eines der Materialien eine höhere Wärmekapazität oder eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die übrigen der mindestens zwei Materialien.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Reduzierung der Betauung in einem elektronischen Gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Unter Betauung versteht man die Kondensation und Ablagerung von Luftfeuchtigkeit als Tautropfen auf Gegenständen, welche eine niedrigere Temperatur aufweisen als ihre Umgebung. Bei elektronischen Geräten, die im allgemeinen ein Gehäuse aufweisen, findet nur ein reduzierter Austausch der im Gehäuse vorhandenen Luft mit der Außenluft statt, weshalb eingedrungene Feuchtigkeit nur schwer wieder entweichen kann und sich deshalb an ungeschützten metallischen Oberflächen innerhalb des Gehäuses niederschlägt. Dies kann zu Korrosion und auch zu Elektromigration führen, wodurch wiederum die Funktionsweise des elektronischen Gerätes beeinträchtigt wird. Im schlimmsten Fall fällt das Gerät aus oder wird sogar zerstört. Besonders gefährdet sind elektronische Geräte die in einer Umgebung mit wechselnden klimatischen Bedingungen eingesetzt werden, wie beispielsweise Geräte in Kraftfahrzeugen.
Zur Vermeidung der Betauung eines elektronischen Gerätes ist es bekannt, die in dem Gerät untergebrachten elektrischen oder elektronischen Bauteile zu lackieren. Andere Lösungen, wie beispielsweise in der DE 91 05 034 U1 offenbart, sehen ein vollständiges Umschließen sämtlicher Bauteile mittels einer Vergussmasse vor. Eine wiederum andere Möglichkeit des Schutzes vor Betauung besteht in der Abdeckung der Bauteile durch eine flüssigkeitsundurchlässige, flexible Membran, wie sie in der DE 195 40 513 A1 beschrieben ist.
Sämtliche der bekannten Lösungen führen zu Problemen bei der Handhabung im Fall von notwendigen Wartungs- oder Reparatur arbeiten an den Bauteilen, da die Schutzmaßnahmen dafür vorab beseitigt und hinterher aufwändig wiederhergestellt werden müssen. Außerdem führen insbesondere Lackier- und Vergusslösungen zu Problemen beim Recyceln des Gerätes, da die Bauteile dabei aus ihrer Schutzschicht speziell herausgelöst werden müssen.
Das Lackieren weist außerdem den Nachteil auf, dass es nicht für alle Bauteile gleichermaßen in Frage kommt. Freiliegende Kontakte und Kontaktflächen von beispielsweise Steckern oder Chipkartenaufnahmen dürfen überhaupt nicht lackiert werden. In andere elektromechanische oder optoelektronische Bauteile, wie Schalter, Relais, Lichtschranken oder LEDs, kann der Lack in unerwünschter Weise eindringen und diese beschädigen. Anschraubflächen und Bohrungen sollten außerdem beim Lackieren möglichst frei bleiben, um die spätere Befestigung nicht zu beeinträchtigen. Aus diesen Gründen werden um gefährdete Bauteile und nicht zu lackierende Stellen herum Sperrzonen vorgesehen, die den erforderlichen Bauraum vergrößern.
Aus DE 195 24 115 A1 ist ein Stromrichtergerät mit flüssigkeitsgekühlten Stromrichterventilen und elektrischen und/oder elektronischen Baukomponenten bekannt, wobei zu einer Minimierung von Sonneneinstrahlwärme und zu einer Abschwächung von atmosphärischen Temperaturstürzen mit einer Gefahr einer Betauung von Baukomponenten Isoliermatten unter Deckel gelegt sein können.
Weiterhin ist aus DE 199 56 675 A1 ein Kunststoffgehäuse zur Aufnahme einer Baugruppe mit elektrischen und elektronischen Bauteilen auf einer Leiterplatte, bestehend aus einem Gehäuseboden und einer Abdeckung, bekannt, wobei innerhalb des Gehäuses eine oder mehrere ausgedehnte Metallflächen zur Kondensation von Luftfeuchtigkeit angeordnet sind.
Ferner offenbart DE 100 04 474 A1 eine Kühlvorrichtung zu einem Kühlen von einer oder mehreren Elektrik- und/oder Elektronikkomponenten mit wenigstens einem Kühlkörper.
Zudem ist aus DE 31 47 033 C1 ein Schutzgehäuse zu einer vibrationssicheren Einbettung eines Gerätes mit einer Auskleidung bekannt, wobei die Auskleidung aus mindestens einem Schaumstoffblock besteht, der von dem Gerät durch einen dünnen Überzug getrennt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der ein Schutz vor Betauung gewährleistet werden kann bei gleichzeitig verbesserter Wartbarkeit und Recyclebarkeit des elektronischen Gerätes.
Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass eine Betauung insbesondere dann stattfindet, wenn sich ein Luftvolumen innerhalb des Gehäuses mit genügend Feuchtigkeit anreichern kann. Je größer dabei das Luftvolumen, desto mehr Feuchtigkeit kann gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt an das mindestens eine Bauteil im Gehäuse abgegeben werden. Im Gegensatz zu den bekannten Lösungen, bei denen der Kontakt des Bauteiles mit der feuchtigkeitsbeladenen Luft vollständig unterbunden werden soll, zielt die Erfindung auf eine Reduzierung des innerhalb des Gehäuses vorhandenen Luftvolumens, um dessen Speicherfähigkeit herabzusetzen. Dementsprechend wird in einem zwischen dem mindestens einen Bauteil und dem Gehäuse vorhandenen Hohlraum mindestens ein Einlegekörper aus nichtleitendem Material vorgesehen. Dieser Einlegekörper verdrängt nicht nur einen großen Teil der Luft aus dem Gehäuse sondern vergrößert zusätzlich die Oberfläche innerhalb des elektronischen Gerätes, auf der sich Feuchtigkeit absetzen kann, so dass der verbleibende Rest der Feuchtigkeit, der überhaupt zu dem Bauteil gelangt, drastisch verkleinert ist.
Die Oberfläche des mindestens einen Einlegekörpers besteht aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien, wobei mindestens eines der Materialien eine höhere Wärmekapazität oder eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die übrigen der mindestens zwei Materialien. Das Material mit der höheren Wärmekapazität oder Wärmeleitfähigkeit reagiert bei einer Erhöhung der umgebenden Lufttemperatur langsamer und weist dementsprechend eine niedrigere Eigentemperatur auf als die angrenzenden Materialien mit niedrigerer Wärmekapazität oder Wärmeleitfähigkeit. Demzufolge wird sich an der zugehörigen Stelle der Oberfläche bevorzugt Feuchtigkeit niederschlagen. Die Feuchtigkeit der Luft kann also gezielt an dieser Stelle gesammelt werden. Dementsprechend wird vorgeschlagen, den Einlegekörper so auszuführen, dass die Teiloberfläche des Einlegekörpers mit der höheren Wärmekapazität genau dort innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wo die Feuchtigkeit keinen negativen Effekt hat oder besonders leicht abgeführt werden kann.
Da eine Lackierung des mindestens einen Bauteiles aufgrund des mindestens einen Einlegekörpers teilweise oder sogar ganz entfallen kann, reduziert sich auch die Zahl der erforderlichen Sperrzonen, was entweder eine Nutzung des zusätzlich zur Verfügung stehenden Bauraums für vorteilhafte Zusatzfunktionen oder eine kompaktere Bauweise des Gehäuses ermöglicht.
Um das Gewicht des elektronischen Gerätes nicht unnötig zu erhöhen, ist der mindestens eine Einlegekörper so leicht wie möglich ausgeführt.
Damit sowohl das Bauteil als auch der Einlegekörper selbst möglichst vor mechanischer Beschädigung geschützt sind, ist der Einlegekörper in einer weiteren Ausgestaltung in seiner Form elastisch nachgiebig ausgeführt.
Außerdem ist es von Vorteil, wenn der Einlegekörper zusätzlich wärmeabführend wirkt, da die Reduzierung des Luftvolumens im Gehäuse eine Reduzierung der Möglichkeit der Wärmeabgabe des Bauteiles an die Luft zur Folge hat.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind in dem Hohlraum mehrere Einlegekörper beliebiger Form angeordnet. Derartige Einlegekörper werden häufig auch als Verfüllmaterialien bei Verpackungen verwendet und sind beispielsweise in der Form von Kugeln, Tetraedern oder Quadern ausgestaltet.
Zur Verbesserung der wärmeabführenden Eigenschaften wird in einer Unterausführung vorgeschlagen, die mehreren Einlegekörper als gas- oder flüssigkeitsgefüllte Kissen auszubilden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung füllt der Einlegekörper den Hohlraum überwiegend aus und ist in seiner Form komplementär zur Form des Bauteiles und/oder des Gehäuses ausgeführt. Der Einlegekörper übernimmt somit zusätzlich die Funktion einer mechanischen Stabilisierung des Bauteiles. Dabei füllt der mindestens eine Einlegekörper den Hohlraum bevorzugt nur soweit aus, dass mindestens ein Belüftungsweg zwischen Gehäuse und Bauteil frei bleibt, um einen minimal erforderlichen Luftaustausch zuzulassen.
Ist in dieser Ausgestaltung ein Bauteil entlang eines vorgegebenen Verfahrweges bewegbar ausgeführt, wie beispielsweise ein Bestandteil eines Chipkarteneinzugs, so ist der mindestens eine Einlegekörper in seiner Form bevorzugt komplementär zu dem Bauteil in all seinen Positionen entlang des Verfahrweges ausgeführt. Somit wird die Bewegungsfreiheit des Bauteiles gewahrt bei gleichzeitig größtmöglicher Verdrängung von Luftvolumen im Gehäuse.
Der mindestens eine Einlegekörper ist in einer Ausführung der Erfindung ein durch ein formgebendes Verfahren hergestellter Kunststoff-Hohlkörper. Als formgebende Verfahren kommen dabei beispielsweise Tiefziehen und Verdeckeln oder Formblasen in Frage.
In einer Unterausführung sind in dem Kunststoff-Hohlkörper Druckausgleichsöffnungen vorgesehen, um bei Druckänderungen innerhalb des Gehäuses einen Druckausgleich zuzulassen und eine Verformung des Kunststoff-Hohlkörpers zu vermeiden.
In einer alternativen Ausführung ist der mindestens eine Einlegekörper ein durch ein formgebendes Verfahren hergestellter Kunststoff-Vollkörper. Um gleichzeitig eine elastische Nachgiebigkeit des Kunststoff-Vollkörpers zu realisieren, eignet sich als Material beispielsweise ein Schaumstoff, dem durch Schäumen die gewünschte Form verliehen wird. In einer anderen Variante wird der Kunststoff-Vollkörper aus einer weichelastischen Matte ausgeschnitten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine räumliche Ansicht eines ersten und eines zweiten Einlegekörpers;
2 eine Vorderansicht der Einlegkörper;
3 eine Aufsicht der Einlegekörper;
4 eine Bodenansicht der Einlegekörper und eines Gehäuses mit verschiedenen Bauteilen;
5 eine Aufsicht des Inhaltes des Gehäuses aus 4.
In 1 sind ein erster Einlegekörper 1 und ein zweiter Einlegekörper 2 in einer räumlichen Darstellung zu sehen. Die beiden Einlegekörper 1 und 2 sind als Kunststoff-Vollkörper in einem elastischen Schaumstoffmaterial ausgeführt. Die 2 zeigt eine Vorderansicht der beiden Einlegekörper 1 und 2 und die 3 eine Aufsicht. Der zweite Einlegekörper 2 ist deutlich komplizierter ausgestaltet als der erste.
In 4 sind die beiden Einlegekörper 1 und 2 in ihrer Bodenansicht innerhalb eines teilweise offen dargestellten Gehäuses 3 eines elektronischen Kraftfahrzeuggerätes zu sehen, wobei das Gehäuse verschiedenartige mechanische, elektronische und elektromechanische Bauteile enthält, wie beispielsweise das Bauteil 4. Das Gehäuse ist normalerweise in Richtung der dargestellten Böden der Einlegekörper 1 und 2 ebenfalls geschlossen. Die Einlegekörper 1 und 2 passen dabei in jeweils einen Hohlraum zwischen den Bauteilen und dem Gehäuse 3 hinein und sind in ihrer Form komplementär zu den Bauteilen und dem Gehäuse 3 ausgeführt, so dass die Hohlräume nahezu vollständig durch die Einlegekörper 1 und 2 ausgefüllt werden. Es bleibt lediglich ein Mindestabstand zwischen den Einlegekörpern 1 und 2 und dem Gehäuse 3 sowie zwischen den Einlegekörpern 1 und 2 und den Bauteilen frei, um eine Belüftung zu ermöglichen.
In 5 sind die Einlegekörper 1 und 2 und die sie umgebenden Bauteile unter Weglassung des Gehäuses dargestellt, und zwar aus Richtung der Aufsicht der Einlegekörper 1 und 2. Der erste Einlegekörper 1 wird dabei von dem Bauteil 6 ver deckt, welches hier beispielsweise eine Unterseite einer Leiterplatte sein kann, die in Richtung des Einlegekörpers 1 mit elektronischen Bauelementen bestückt ist. In den Einlegekörper 2 ist als Bauteil 5 eine elektrische Batterie eingebettet, die durch den Einlegekörper 2 zusätzlichen mechanischen Halt erfährt. Die ursprünglich zur Befestigung des Bauteiles 5 erforderlichen Maßnahmen konnten somit reduziert werden.
Wie aus 5 ersichtlich ist, lässt der zweite Einlegekörper 2 zum Gehäuse hin einen Freiraum 7. Dieser Freiraum 7 ist für weitere, hier nicht eingezeichnete Bauteile vorgesehen. Diese Bauteile gehören zu einem Chipkarteneinzug und bewegen sich während ihrer Funktion. Dementsprechend lässt der Einlegekörper 2 den gesamten möglichen Verfahrweg dieser Bauteile frei.

Claims

Anordnung zur Reduzierung der Betauung in einem elektronischen Gerät, wobei das Gerät ein Gehäuse (3) und mindestens ein in dem Gehäuse (3) angeordnetes elektronisches oder elektromechanisches Bauteil (4, 5, 6) umfasst, wobei in einem zwischen dem mindestens einen Bauteil (4, 5, 6) und dem Gehäuse (3) vorhandenen Hohlraum mindestens ein Einlegekörper (1, 2) aus nichtleitendem Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des mindestens einen Einlegekörpers aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien besteht, wobei mindestens eines der Materialien eine höhere Wärmekapazität oder eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die übrigen der mindestens zwei Materialien.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einlegekörper (1, 2) leicht ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einlegekörper (1, 2) in seiner Form elastisch nachgiebig ausgeführt ist.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einlegekörper (1, 2) wärmeabführend wirkt.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlraum mehrere Einlegekörper beliebiger Form angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlegekörper als gas- oder flüssigkeitsgefüllte Kissen ausgebildet sind.
Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einlegekörper (1, 2) den Hohlraum überwiegend ausfüllt und in seiner Form komplementär zur Form des mindestens einen Bauteiles (4, 5, 6) und/oder des Gehäuses (3) ausgeführt ist.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bauteil entlang eines vorgegebenen Verfahrweges bewegbar ausgeführt ist und dass der mindestens eine Einlegekörper (2) in seiner Form komplementär zu dem mindestens einen Bauteil in all seinen Positionen entlang des Verfahrweges ausgeführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einlegekörper (1, 2) den Hohlraum nur soweit ausfüllt, dass mindestens ein Belüftungsweg zwischen dem Gehäuse (3) und dem mindestens einen Bauteil (4, 5, 6) frei bleibt.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einlegekörper ein durch ein formgebendes Verfahren hergestellter Kunststoff-Hohlkörper ist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kunststoff-Hohlkörper Druckausgleichsöffnungen vorgesehen sind.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einlegekörper (1, 2) ein durch ein formgebendes Verfahren hergestellter Kunststoff-Vollkörper ist.