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Die
Erfindung betrifft ein mehrteiliges Kontaktierungsbauteil gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer
damit erzielten Kontaktierung, insbesondere für Getriebe-
oder Motorsteuerungen in der Automobilindustrie.
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Stand der Technik
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Integrierte
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 chemisch aggressive Umgebung des Motor- oder Getriebeöls
im Vordergrund. Daher ist es unerlässlich, dass die empfindlichen
Elektroniken und Sensoren soweit wie möglich vor diesen
Einflüssen geschützt werden. Gerade die Konzeption
der Steuerelektronik einerseits und der angebundenen peripheren
Komponenten wie Sensoren oder Ventile andererseits stellen eine
große Herausforderung dar.
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Es
sind verschiedene Konzepte bekannt, die Kontaktierung der Peripherie-Komponenten
wie beispielsweise der Ventile an die zentrale Steuerelektronik
herzustellen.
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Die
DE 10 2004 050 687
A1 beschreibt ein solches Konzept zur Kontaktierung eines
Kabels an eine flexible Leiterbahn. Die vorgeschlagene Kontaktierung
umfasst eine Kontaktleiste für ein oder mehrere Kabel und
die Anordnung eines speziellen Kontakts mit einer Schweißwarze
am Kabelende. Die Kabel werden hierbei durch die Kontaktleiste in
einer vordefinierten Position fixiert.
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Durch
die mehrteilige Ausführung der Kontaktierungsvorrichtung
wird eine zusätzliche Stabilität im Kontaktbereich
erzielt, die in ihrer Orientierung jedoch auf die Horizontale festgelegt
ist.
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Nachteilig
ist jedoch, dass sich dieses Konzept nur auf die speziellen Kontaktierungen
mittels Schweißwarzen am Kabelende bezieht. Weder kann das
Konzept auf andere Kontaktierungen übertragen werden noch
erlaubt es ein Auffangen von Steckkräften in senkrechter
Richtung zur Grundplatte und damit zur Lage der flexiblen Leiterplatte.
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Gemäß der
DE 10 2005 021 488
B3 wird vorgeschlagen, einen Kontaktstecker mit mindestens zwei
Gehäuseteilen vorzusehen. Ein Folienleiter wird in ein
erstes Gehäuseteil eingelegt und mit einer Dichtung versehen.
Die Dichtung bewirkt zudem eine Vorspannung des Folienleiters. Anschließend
wird das zweite Gehäuseteil in das erste Gehäuseteil
eingeschoben und der Folienleiter mit dem Anschlussbereich des Stiftkontakts
elektrisch leitend verbunden.
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Nachteilig
an einer solchen Steckerkonstruktion ist neben der mangelnden Flexibilität
in der Ausgestaltung des Steckers vor allem die Tatsache, dass eine
Dichtung eingesetzt werden muss. Gerade für integrierte
Mechatroniken eignet sich der Einsatz von Dichtungen wegen der hohen
mechanischen, chemischen und thermischen Belastungen der Stecker
wenig. Die Langzeitstabilität der Stecker wird somit herabgesetzt
und es können sich Bruchstellen gerade im Dichtungsbereich über
die beabsichtigte Lebensdauer ausbilden.
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Darüber
hinaus ist aus der
DE
102 60 241 A1 eine Anordnung zur elektrischen Kontaktierung
von Steuerelektronik zu peripheren Komponenten wie beispielsweise
Sensoren, Ventile oder Stecker mittels Ankontaktierung an eine Leitereinrichtung
bekannt, die gerade keine flexible Leiterplatte umfassen soll. Hier
wird erstmalig auch ermöglicht, dass eine zur Elektro nikgrundplatte
senkrechte Ankontaktierung stattfinden kann. Die Führung
der einzelnen Leiterbahnen wird dabei vom einstückig ausgeführten Grundelement übernommen,
während ein zweites Kunststoffbauteil zunächst
auf die Enden der einzelnen Leiterbahnen eingefädelt werden
muss, bevor es in die Endlage verschwenkt und eingerastet wird.
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Nachteilig
an dieser Anordnung ist vor allem die Tatsache, dass sie sich nicht
für die direkte elektrische Verbindung zwischen zentraler
Elektronikeinheit und peripherer Komponente eignet. Denn die zentrale
Steuer-Elektronik verwendet zur Ankontaktierung zwangsläufig
flexible Leiterfolien, deren Enden dann zunächst mit den
metallischen Leiterbahnen der
DE 102 60 241 A1 in anderer Art und Weise kontaktiert
werden müssten. Ein solcher Aufbau würde gerade
im Hinblick auf die lange Lebensdauer der Steuerungen beispielsweise
in Motoren und Getrieben jedoch eine weitere Fehlerquelle darstellen.
Zusätzlich ist der beschriebene Montagevorgang durch die
Notwendigkeit, die einzelnen Leiterbahnen in die jeweiligen zweiten
Bauteile einfädeln zu müssen, aufwendig, fehleranfällig
und langsam.
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Aufgabenstellung
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein vereinfachtes Konzept zum Aufbau
eines Kontaktierungsbauteils für Mechatroniken bereit zu
stellen, das eine weniger aufwendige Montage gerade von Kontaktierungen
in senkrechter Orientierung zur Elektronikgrundplatte erlaubt bei
sehr guter Aufnahme von späteren Steckkräften
und gleichzeitiger abrisssicherer Führung der flexiblen
Leiterplatte.
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Dies
wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung entsprechend
des Patentanspruchs 1 sowie mit einem Verfahren zur Herstellung
einer solchen Vorrichtung gemäß Anspruch 7 erreicht.
Die Unteransprüche zeigen jeweils bevorzugte Weiterbildungen der
Erfindung.
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, ein mehrteiliges Kontaktierungsbauteil für
Mechatroniken zur Verfügung zu stellen, das mindestens
ein Halterungsteil und mindestens ein davon unabhängiges
Führungsteil mit Steckervorrichtung aufweist, wobei das
Führungsteil auf das Halterungsteil so aufschiebbar ist,
dass es durch ein Schwenken in eine formschlüssige Parallelstellung
mit dem Halterungsteil gebracht werden kann, bei der ein das Halterungsteil überragendes
Endstück einer flexiblen Leiterplatte zwischen beiden Teilen
angeordnet ist, und wobei durch weiteres Schwenken des Führungsteils eine
zum Halterungsteil senkrechte Endlage erreicht wird.
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Das
Halterungsteil kann bevorzugt vor dem Anbringen des Führungsteils
an einer Grundplatte eines Elektronikbauteils befestigt werden.
Diese Befestigung kann auf jede, dem Fachmann geläufige
Art vorgenommen werden. Besonders bevorzugt wird das Halterungsteil
auf der Grundplatte mechanisch eingerastet. Die dazu vorgesehenen
Bereiche des Halterungsteils können Formschrägen
aufweisen, die einen Toleranzausgleich einer Relativbewegung Grundplatte/Stecker
beim Montagevorgang zulassen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Halterungsteil
außerdem eine Biegeschulter auf. Dadurch kann zuverlässig
ein Reiben und/oder An- oder Abreißen der empfindlichen
flexiblen Leiterplatte an der Abschlusskante der Grundplatte des
Elektronikbauteils vermieden werden.
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Das
Halterungsteil kann zudem in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung einen sich senkrecht erstreckenden Abdeckungsbereich
aufweisen. Dadurch kann zuverlässig ein Spanschutz der
Kontaktstellen sichergestellt werden.
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Das
mehrteilige Kontaktierungsbauteil der vorliegenden Erfindung weist
gegenüber den bisher bekannten Kontaktierungen den entscheidenden Vorteil
auf, dass es kein aufwendiges und langsames Einfädeln der
Enden der flexiblen Leiterplatte benötigt, aber dennoch
eine direkte Kontaktierung einer Steckervorrichtung an die flexible
Leiterplatte ermöglicht. Zusätzlich werden die übrigen
Anforderungen wie beispielsweise ein möglicher Toleranzausgleich der
Relativbewegung Grundplatte/Ansteckteil und spandichte Abdeckung
der Kontaktstellen erfüllt. Der modulare Aufbau aus mindestens
einem Halterungsteil und einem Führungsteil erlaubt zudem
eine kostengünstige und flexible Anpassung des Bauteils
an unterschiedliche Vorgaben beispielsweise zur Anzahl und Beabstandung
der einzelnen Kontaktbahnen der flexiblen Leiterplatte.
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Gerade
im Hinblick auf solche Kontaktierungen, die aggressiven Medien ausgesetzt
sind, wie sie beispielsweise in Getrieben und in Motoren vorherrschen,
wird zudem ein Schutz der Kontaktstellen gewährleistet.
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Eine
Kontaktierung zwischen einem mechatronischen Elektronikbauteil und
einem mehrteiligen Kontaktierungsbauteil kann hergestellt werden,
in dem der Kontaktierung zunächst mindestens ein Halterungsteil
des Kontaktierungsbauteils auf die Grundplatte des Elektronikbauteils
aufgesteckt wird, anschließend mindestens ein Führungsteil,
umfassend eine Steckervorrichtung, auf das befestigte Halterungsteil
aufgesetzt wird und das Führungsteil bis zur Parallellage
geschwenkt wird. In dieser Parallellage kann die elektrische Verbindung
zwischen flexibler Leiterplatte und der Steckervorrichtung des Führungsteils
hergestellt werden. Dies geschieht besonders bevorzugt durch Laserschweißen.
Abschließend kann durch weiteres Schwenken des Führungsteils
und Einrasten die zum Halterungsteil senkrechte Endlage erzielt
werden.
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Die
einzelnen Komponenten des Kontaktierungsbauteils können
vorzugsweise aus einem Material gefertigt sein, das unter allen
Betriebs- und Umgebungsbedingungen maßhaltig bleibt und
die entsprechenden Festigkeiten und Langzeitstabilitäten aufweist.
Mit anderen Worten sind die Komponenten bevorzugt aus verwölbungsfreiem
Material gefertigt. Beispielsweise kann als Material sowohl für
das Halterungsteil als auch für das Führungsteil
PA 6.6 (Polyamid 6.6) oder PBT (Polybutylenterephthalat) eingesetzt
werden.
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Die
Fixierung des Führungsteils auf dem Halterungsteil kann
mit allen dem Fachmann bekannten Mitteln erfolgen. Bevorzugt werden
mechanische Verbindungen über Schnappverbindungen vorgesehen
oder ein Heißverstemmen, Laser- oder Reibschweißen
oder Verkleben der Einzelkomponenten durchgeführt. Werden
in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
Raster zur Herstellung einer Schnappverbindung bereitgestellt, so ist
eine solche Anordnung insbesondere bevorzugt, die eine passgenaue
Positionierung erlauben. Im befestigten Zustand sollte keine Relativ-Bewegung
des Führungsteils zum Halterungsteil mehr möglich
sein.
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Ein
erfindungsgemäßer Aufbau eines mehrteiligen Kontaktierungsbauteils
kann besonders bevorzugt als Bestandteil einer integrierten Mechatronik,
insbesondere in Getrieben und/oder in Motoren in der Automobilindustrie
verwendet werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand von einer
Ausführungsvariante in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert
Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
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In
dieser zeigt:
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1 eine
perspektivische Draufsicht auf ein montiertes und zusammengesetztes
mehrteiliges Kontaktierungsbauteil,
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2 in
einer Explosionsdarstellung eine Detailansicht auf Komponenten des
Kontaktierungsbauteils aus 1,
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3 eine
perspektivische Detaildarstellung auf die zusammengesetzten Komponenten
des Kontaktierungsbauteils 1 aus 2 mit eingeschobener Steckervorrichtung,
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4 die
Detaildarstellung der Komponenten des Kontaktierungsbauteils aus 4 in
Parallellage zur Grundplatte 6 von der Unterseite.
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5 eine
Detaildarstellung der Komponenten des Kontaktierungsbauteils aus 4 in
der zum Halterungsteil 2 und zur Grundplatte 6 senkrechten Endlage
und
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6 eine
Schnittansicht der Detaildarstellung aus 6.
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1 zeigt
in einer perspektivischen Darstellung ein erfindungsgemäßes
mehrteiliges Kontaktierungsbauteil 1 montiert auf einer
Grundplatte 6 und mit einer darauf angeordneten flexiblen
Leiterplatte 5, wobei unterhalb der flexiblen Leiterplatte 5 ein
Halterungsteil 2 auf der Grundplatte 6 angeordnet ist.
Auf das Halterungsteil 2 ist ein Führungsteil 3 mit einer
Steckervorrichtung 4 aufgeschoben. Die Steckervorrichtung 4 ist
in ihrer gezeigten Endlage senkrecht zum Halterungsteil 2 und
zur Grundplatte 6 angeordnet.
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2 zeigt
in einer Explosionsdarstellung eine Detailansicht von Komponenten
des Kontaktierungsbauteils 1 aus 1, nämlich
die Grundplatte 6, die bevorzugt eine Aluminiumplatte sein
kann, und das Halterungsteil 2. Auf der Aluminiumgrundplatte ist
eine flexible Leiterplatte 5 angeordnet, die an einer Seite über
die Fläche der Grundplatte 6 herausragt. Unter
die flexible Leiterplatte 5 kann das Halterungsteil 2 auf
die Aluminiumgrundplatte 6 aufgeschoben und mechanisch
verrastet werden.
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3 zeigt
in einer perspektivischen Detaildarstellung die Grundplatte 6 mit
befestigtem Halterungsteil 2 aus 2 mit zusätzlich
mindestens einem aufgesetzten Führungsteil 3,
das mit einer Steckervorrichtung 4 versehen ist. Bevorzugt
kann das Halterungsteil 2 mechanisch auf der Grundplatte
eingerastet werden. Beispielsweise kann die mechanische Befestigung über
einen Schnappmechanismus erfolgen. Die dazu vorgesehenen Bereiche
des Halterungsteils 2 können vorteilhafterweise
Formschrägen 8 aufweisen, die einen Toleranzausgleich
einer Relativbewegung von Grundplatte 6 und der Steckervorrichtung 4 (nicht
gezeigt) beim Montagevorgang zulassen. Die flexible Leiterplatte 5 überragt
nicht nur die Grundplatte 6, sondern auch das Halterungsteil 2. Vorteilhafterweise
ist beim Einschieben der Führungsteile 3 mit der
Steckervorrichtung 4 kein aufwendiges Ein- oder Durchfädeln
der flexiblen Leiterplatte 5 mehr notwendig.
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4 zeigt
die Detaildarstellung der Komponenten des Kontaktierungsbauteils
aus 4 in Parallellage zur Grundplatte 6 von
der Unterseite. Das Führungsteil 3 kann in die
gezeigte Parallellage zur Grundplatte 6 geschwenkt werden.
In der Drehverbindung kann das Halterungsteil 2 mit dem
Führungsteil 3 formschlüssig miteinander
verbunden werden. In dieser Parallel-Position kann die elektrische
Verbindung zwischen der flexiblen Leiterplatte 5 und der
Steckervorrichtung 4 hergestellt werden. Dies kann beispielsweise
durch Laserschweißen geschehen. Die Folienlappen der flexiblen
Leiterplatte 5, die über die Fläche der
Grundplatte 6 herausragen, können zudem auf Zentrierdome 7 aufgedrückt werden,
die eine weitere Fixierung und Sicherung der Leiterplatte 5 in
der gewünschten Position ermöglichen. Zusätzlich
kann vorteilhafterweise die flexible Leiterplatte 5 in
einem Arbeitsgang mit der Steckervorrichtung 4 und weiteren
peripheren Komponenten, wie zum Beispiel Sensoren, durch Schweißen elektrisch
verbunden werden. Die gezeigte Parallel-Position ist zur Herstellung
der elektrischen Verbindung besonders vorteilhaft, da alle Kontaktierungen
in einer Ebene liegen und die Kontaktstellen im Schweißvorgang
damit optimal angesteuert werden können.
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5 zeigt
eine seitliche Detaildarstellung des Kontaktierungsbauteils 1 aus 1 mit
der Steckervorrichtung 4 in senkrechter Endlage zur Grundplatte 6.
Nach dem Schweißvorgang kann die Steckervorrichtung 4 bis
zu einer Verrasterung nach unten geschwenkt werden. Unterhalb der
flexiblen Leiterplatte 5 ist das Halterungsteil 2 auf
der Grundplatte 6 ange ordnet und über eine Verrasterung 9 fixiert. Auf
das Halterungsteil 2 ist ein Führungsteil 3 mit
einer Steckervorrichtung 4 aufgeschoben. Auf Seiten des
Halterungsteils 2 ist die gezeigte Verrasterung durch einen
Bügel und auf der Gegenseite am Führungsteil 3 durch
eine Erhebung verwirklicht. Steck- und Abziehkräfte beim
Ein- oder Ausbau in oder an weitere Elektronikbauteile können
beim erfindungsgemäßen Kontaktierungsbauteil 1 vom
Führungsteil 3 der Steckervorrichtung 4 auf
das Halterungsteil 2 übertragen werden. Das Halterungsteil 2 wiederum kann
die Kräfte auf die Grundplatte 6 übertragen. Vorteilhafterweise
wird dadurch die Krafteinwirkung auf die flexible Leiterplatte 5 minimiert.
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6 zeigt
eine Schnittdarstellung der Detaildarstellung aus 6.
Durch den Formschluss zwischen dem Halterungsteil 2 und
dem Führungsteil 3 mit Steckervorrichtung 4 wird
die flexible Leiterplatte 5 nicht nur befestigt und fixiert,
sondern es kann zusätzlich auch ein Abreißschutz
gebildet werden. Dieser Abreißschutz kann zusätzlich
durch die Biegeschulter 10 des Halterungsteils 2 unterstützt
werden. Die Biegeschulter 10 kann die flexible Leiterplatte 5 vor
Abrieb an der Kante der Grundplatte 6 schützen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann
daher nicht nur eine gute Aufnahme von späteren Steckkräften
sondern gleichzeitig eine abrisssichere Führung der flexiblen
Leiterplatte 5 bereitgestellt werden. Das Halterungsteil 2 kann
zusätzlich einen Abdeckungsbereich 11 aufweisen,
der einen zusätzlichen Spanschutz für die Kontaktierungsstellen und
die flexible Leiterplatte bilden kann.
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Zusammenfassend
wird aufgrund des mehrteiligen Kontaktierungsbauteils 1 für
Mechatroniken erstmals die Anbringung von Steckern insbesondere in
der durch die Führung der flexiblen Leiterplatte 5 schwierigen
Senkrecht-Stellung erleichtert. Diese Anordnung des Steckers gegenüber
der Grundplatte des Elektronikbauteils 6 ist jedoch aufgrund
der guten Aufnahmemöglichkeit der teilweise hohen Steckkräfte
besonders bevorzugt. Gleichzeitig wird durch das Zusammenwirken
des Halterungsteils 2 und des Führungsteils 3 sichergestellt,
dass ein ausreichender Schutz vor Umwelteinflüssen und
insbesondere vor Kurzschlüssen der Kontaktierungen zur
flexiblen Leiterplatte 5 gegeben ist. Zudem kann auf ein Durchfädeln
oder Einfädeln der Enden der flexiblen Leiterplatte 5 verzichtet
werden. Auch die weiteren Anforderungen an eine gattungsgemäße
Kontaktierung wie ein Toleranzausgleich der Relativbewegung Grundplatte/Stecker
sind in einer erfindungsgemäßen Kontaktierung
erfüllt.
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Durch
einen standardisierten Aufbau kann weiterhin eine erleichterte Qualitätskontrolle
und damit eine erhebliche Fehlerreduktion solcher Bauteile aufgrund
von schadhaften Schnittstellen erzielt werden. Elektronikgeräte
mit den erfindungsgemäßen Steckern können
vorteilhafter Weise in einem Temperaturbereich von –40°C
bis +180°C verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004050687
A1 [0004]
- - DE 102005021488 B3 [0007]
- - DE 10260241 A1 [0009, 0010]