DE102024202198A1

DE102024202198A1 - Befestigung eines Elements in einem elektrischen Bauteil an einem Gehäuseelement mit einem elektrisch isolierenden Zwischenelement sowie Montageverfahren

Info

Publication number: DE102024202198A1
Application number: DE102024202198.9A
Authority: DE
Inventors: Oliver Rang; Eduard Wehry; Raffael Gronda; Mario Zellmer; Felix Manuel Steinmetz; Eckhard Schochow; Florian Riese; Tim Brackmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2024-03-08
Filing date: 2024-03-08
Publication date: 2025-09-11

Abstract

Die Erfindung betrifft die Befestigung eines Elements (10) an einem Gehäuseelement (14) eines elektrischen Bauteils, wobei zwischen dem zu befestigenden Element (10) und dem Gehäuseelement (14) mindestens ein elektrisch isolierendes Zwischenelement (16) angeordnet ist, wobei das Zwischenelement (16) als formstabiles Element ausgebildet ist und einen Gehäuse-Verbindungsabschnitt (38) aufweist, mit welchem unmittelbar oder mittelbar mindestens eine Schraubverbindung, mindestens eine Pressverbindung und/oder mindestens Klebverbindung zwischen dem Gehäuseelement (14) und dem Element (10) hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft die Befestigung eines Elements an einem Gehäuseelement eines elektrischen Bauteils, wobei zwischen dem zu befestigenden Element und dem Gehäuseelement mindestens ein elektrisch isolierendes Zwischenelement angeordnet ist. Bei der Befestigung handelt es sich insoweit um eine Anordnung einzelner Elemente in einem elektrischen Bauteil, welche dazu dient, ein Element elektrisch isolierend an dem Gehäuseelement zu befestigen (Befestigungsanordnung). Insbesondere betrifft die Erfindung die Befestigung einer elektrischen Platine an einem Gehäuseelement. Bei dem Gehäuseelement handelt es sich insbesondere um das Gehäuseelement eines Pulswechselrichters. Dabei wurde die Erfindung insbesondere für Fahrzeuge mit einem solchen elektrischen Bauteil gemacht, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge mit einem solchen elektrischen Bauteil. Es wird insoweit auch auf Fahrzeuge mit einem solchen elektrischen Bauteil, wie z.B. einem Pulswechselrichter, mit einem teilweise oder ausschließlich elektrischen Antrieb hingewiesen, insbesondere auf Kraftfahrzeuge. Pulswechselrichter elektrisch angetriebener Kraftfahrzeuge sind üblicherweise Teil des elektrischen Antriebes und dienen dazu, die von einem elektrischen Antriebsspeicher bereitgestellte Gleichspannung in Wechselspannung zum Betreiben eines elektrischen Antriebsmotors umzuwandeln. Die Platinen solcher Pulswechselrichter umfassen üblicherweise Hochvolt-Leiter oder sind mit Hochvolt-Leitern verbunden. Insbesondere im Bereich solcher Hochvolt-Leiter muss sichergestellt werden, dass es nicht zu einem unkontrollierten Überschlagen der Spannung von einem Hochvolt-Leiter auf das Gehäuseelement kommt, an welchem die Platine befestigt ist.
Aus der Praxis der Automobilindustrie ist es in Verbindung mit der Herstellung von mindestens teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen bekannt, Platinen von Pulswechselrichtern mittels Schrauben, insbesondere selbstfurchenden Schrauben, an einem Gehäuseelement anzuschrauben. Wenn partiell eine elektrische Isolierung vorgehalten werden muss, beispielsweise im Bereich der Verbindungsstellen zwischen Platine und Gehäuseelement, wenn im Bereich der Verbindungsstelle ein Hochvolt-Leiter verläuft, wird dies üblicherweise dadurch gelöst, dass eine elektrisch isolierende (d.h. nichtleitende) Folie zwischen dem Gehäuseelement und der Platine positioniert und üblicherweise klebend befestigt wird. Die Montage der Folie ist zeit- und dementsprechend kostenintensiv.
Aus US 5,667,393 A ist ein elektrischer Verbinder für eine Platine bekannt, der in unterschiedlichen Ausführungsformen beschrieben ist, insbesondere in Verbindung mit unterschiedlich hoch ausgebildeten Einsteckelementen und korrespondierend ausgebildeten Aufnahmeelementen für die Einsteckelemente. Es wird weder auf Pulswechselrichter von Kraftfahrzeugen noch auf eine elektrisch isolierende Verbindung von elektrischen Platinen mit einem solchen Pulswechselrichter mit Hilfe mindestens eines Verbindungsadapters verwiesen.
Aus US 2003/0104729 A1 ist ein elektrischer Verbinder für eine Platine bekannt, der mit Hilfe von zwei Schrauben an der Platine befestigt ist. Zur Sicherstellung einer gewünschten Relativlage zwischen Verbinder und Platine ist an dem Verbinder ein Positioniervorsprung und an der Platine eine korrespondierende Ausnehmung vorgesehen. Es wird weder auf Pulswechselrichter von Kraftfahrzeugen noch auf eine elektrisch isolierende Verbindung von elektrischen Platinen mit einem solchen Pulswechselrichter mit Hilfe mindestens eines Verbindungsadapters verwiesen.
Aus US 5,395,250 A ist ein elektrischer Verbinder für eine Platine bekannt, der aus zwei miteinander zusammensteckbaren Einzelelementen besteht, die während des Zusammensteckens eine elektrisch leitende Verbindung herstellen. Es wird weder auf Pulswechselrichter von Kraftfahrzeugen noch auf eine elektrisch isolierende Verbindung von elektrischen Platinen mit einem solchen Pulswechselrichter mit Hilfe mindestens eines Verbindungsadapters verwiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach montierbare, alternative Befestigung eines Elements an einem Gehäuseelement eines elektrischen Bauteils zur Verfügung zu stellen, insbesondere eine elektrisch isolierende Befestigung einer Platine an einem Gehäuseelement eines Pulswechselrichters eines Fahrzeuges oder Kraftfahrzeuges. Ferner soll ein einfach durchführbares Montageverfahren zur Herstellung einer solchen Befestigung zur Verfügung gestellt werden.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Befestigung eines Elements an mindestens einem Gehäuseelement eines elektrischen Bauteils ist zwischen dem zu befestigenden Element und dem mindestens einen Gehäuseelement mindestens ein elektrisch isolierendes Zwischenelement angeordnet. Dabei ist das Zwischenelement als formstabiles Element ausgebildet und weist einen Verbindungsabschnitt auf, mit welchem unmittelbar oder mittelbar mindestens eine Schraubverbindung, mindestens eine Pressverbindung und/oder mindestens eine Klebverbindung zwischen dem Gehäuseelement und dem Element hergestellt ist. Eine erfindungsgemäße Befestigung lässt sich mit einem solchen Zwischenelement, das als formstabiles Element ausgebildet ist, ohne die vorstehend beschriebenen, aus dem Stand der Technik beschriebenen Folien herstellen, wobei mit der Befestigung unmittelbar auch eine elektrisch isolierende Anordnung zwischen dem zu befestigenden Element, insbesondere einer elektrischen Platine, und dem Gehäuseelement herstellbar ist. Bei dem Zwischenelement kann es sich insbesondere um eine einfache, formstabile Platte handeln. Vorzugsweise wird als Zwischenelement jedoch ein Element verwendet, das die Form einer Platte aufweist und einen sich von der Platte nach oben erstreckenden geometrisch gestalteten Festkörper aufweist. Bei dem Zwischenelement handelt es sich insoweit vorzugsweise um ein in der Seitenansicht ungefähr T-förmiges Element, wobei der Schaft des T aus dem geometrisch gestalteten Festkörper gebildet ist.
Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass auch mehrere Zwischenelemente an einem Gehäuseelement angeordnet sein können. Alternativ ist es auch möglich, mehrere Zwischenelemente an mehreren Gehäuseelementen oder an einem Gehäuseelement und einem oder mehreren weiteren sonstigen Elementen anzuordnen, um über mehrere Gehäuse- und/oder sonstige Elemente hinweg mit den Zwischenelementen eine Befestigungsbasis für das zu befestigende Element zu schaffen. Somit können sowohl fertigungs- als auch montagebedingte Toleranzen ausgeglichen werden, um das zu befestigende Elemente biege- und torsionsspannungsarm oder sogar biege- und torsionsspannungsfrei montieren zu können.
Wie im weiteren Verlauf noch im Detail beschrieben wird, kann sowohl im Falle einer Schraubverbindung als auch im Falle einer Pressverbindung und/oder einer Klebverbindung die Befestigung derart realisiert sein, dass eine Höheneinstellung des zu befestigenden Elements relativ zu dem Gehäuseelement möglich ist. Daneben ist es jedoch auch möglich, eine erfindungsgemäße Befestigung ohne eine solche Höheneinstellung zu realisieren. Derartige, nicht in der Höhe einstellbare Befestigungsanordnungen sollen von dem Wortlaut des Anspruchs 1 als umfasst gelten.
In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Befestigung weist das Zwischenelement einen mindestens einseitig offenen Behälter zur Aufnahme eines Klebemittels auf. Eine solche Gestaltung eignet sich insbesondere für Befestigungen, bei welchen eine Klebeverbindung zwischen dem Gehäuseelement und dem zu befestigenden Element realisiert ist. In diesem Fall wird der mindestens einseitig offene Behälter mit einem Klebemittel befüllt, um anschließend mit Hilfe des Klebemittels das zu befestigende Element relativ zu dem Zwischenelement zu befestigen. Die Befestigung des Zwischenelements an dem Gehäuseelement kann unabhängig davon mittels einer Schraubverbindung, mittels einer Pressverbindung und/oder mittels einer Klebverbindung erfolgen. Für die Herstellung einer Klebverbindung kann ein zusätzlich einseitig offener Behälter vorgesehen sein, welcher in Richtung Gehäuseelement orientiert ist. Alternativ kann ein zweiseitig offener Behälter vorgesehen sein, welcher dazu geeignet ist, mit Hilfe des Klebemittels sowohl eine Verbindung mit dem zu befestigenden Element als auch mit dem Gehäuseelement herzustellen.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Befestigung ist in dem einseitig offenen Behälter mindestens ein Hinterschnitt derart ausgebildet, dass nach dem Befüllen des Behälters mit einem Klebemittel und Aushärten des Klebemittels eine zusätzlich formschlüssige Verbindung zwischen dem Klebemittel und dem Behälter hergestellt wird. Damit ist gemeint, dass bei einem beispielsweise einseitig nach oben offenen Behälter ein Hinterschnitt derart vorgesehen ist, dass Klebemittel eine Verengung passieren und hinter der Verengung in einen breiteren Bereich strömen kann, so dass nach dem Aushärten des Klebemittels nur durch Zerstören der Klebverbindung die Verbindung wieder gelöst werden kann. Eine derartige formschlüssige Verbindung kann auch dadurch erzeugt werden, dass der einseitig offene Behälter eine sich von der offenen Seite zu dem Boden des Behälters aufweitende (konisch zulaufende) Form aufweist.
In einer besonders einfachen Ausführungsform eines einseitig offenen Behälters mit mindestens einem Hinterschnitt ist der Hinterschnitt dadurch gebildet, dass innerhalb des Behälters ein radial nach innen hervorragender Kragen ausgebildet ist. Ein derartiger Kragen kann beispielsweise durch das Einpressen eines kreisringförmigen Elements in den Behälter erzeugt werden. Alternativ kann ein kreisringförmiges Element beim Herstellen des Zwischenelements umspritzt werden. Ferner ist es möglich, einen solchen kreisringartigen Abschnitt einstückig an einem Zwischenelement auszubilden, das im Spritzgießverfahren hergestellt ist.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Befestigung ist das Zwischenelement zumindest aus einem flanschartig ausgebildeten Gehäuse-Verbindungsabschnitt und einem von dem Gehäuse-Verbindungsabschnitt nach oben ragenden Element-Verbindungsabschnitt gebildet. Dabei kann das Zwischenelement einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein. Insbesondere wird in diesem Zusammenhang auch auf eine mehrstückige Ausbildung verwiesen, bei welcher beispielsweise der Gehäuse-Verbindungsabschnitt und der Element-Verbindungsabschnitt aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind. Beispielsweise kann der Gehäuse-Verbindungsabschnitt aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Aluminium, ausgebildet sein und der Element-Verbindungsabschnitt aus einem nicht metallischen Werkstoff, wie beispielsweise einem Kunststoff. Dabei kann der Element-Verbindungsabschnitt besonders einfach und kostengünstig an den Gehäuse-Verbindungsabschnitt angebunden werden, indem der Element-Verbindungsabschnitt an den Gehäuse-Verbindungsabschnitt angespritzt wird.
Im Zusammenhang mit einer zwei- oder mehrstückigen Ausbildung ergeben sich weitere Vorteile, wenn der Gehäuse-Verbindungsabschnitt aus dem gleichen Werkstoff hergestellt ist wie das Gehäuseelement und/oder der Element-Verbindungsabschnitt aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff hergestellt ist. Wenn der Gehäuse-Verbindungsabschnitt aus dem gleichen Werkstoff hergestellt ist wie das Gehäuseelement, ergibt sich eine besonders temperaturstabile Verbindung auch dann, wenn eine Pressverbindung zwischen dem Zwischenelement und dem Gehäuseelement vorgesehen ist. Denn in diesem Fall ist der Wärmeausdehnungskoeffizient im Gehäuse-Verbindungsabschnitt als auch in dem Gehäuseelement der gleiche. Durch die Ausbildung des Element-Verbindungsabschnitts aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff kann eine besonders hohe Sicherheit gegen ein Überspringen der Spannung von einem im zu befestigenden Element verlaufenden elektrischen Bauteil, insbesondere einem Hochvolt-Leiter, erzeugt werden.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Befestigung sind der Gehäuse-Verbindungsabschnitt und der Element-Verbindungsabschnitt zweiteilig ausgebildet, wobei mindestens eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse-Verbindungsabschnitt und dem Element-Verbindungsabschnitt hergestellt ist. In diesem Fall ergibt sich eine besonders sichere und dauerhaltbare Verbindung zwischen dem Gehäuse-Verbindungsabschnitt und dem Element-Verbindungsabschnitt. Bevorzugt sind zwei oder mehr formschlüssige Verbindungen vorgesehen, um zusätzlich die Verdrehsicherheit bzw. Torsionssteifigkeit des Gehäuse-Verbindungsabschnitts gegenüber dem Element-Verbindungsabschnitt zu erhöhen. Wenn in dem Zwischenelement mindestens eine Öffnung für ein Befestigungsmittel ausgebildet ist, ergibt sich eine erleichterte Montage des Zwischenelements an dem Gehäuseelement. In diesem Fall kann mit Hilfe der mindestens einen Öffnung auch eine einfache Vorpositionierung des Zwischenelements relativ zu dem Gehäuseelement erfolgen. Vorzugsweise sind mindestens eine Öffnung für ein Befestigungsmittel an dem Zwischenelement und eine korrespondierende Öffnung in dem Gehäuseelement vorgesehen, so dass mit Hilfe der Öffnungen auch eine Vorpositionierung stattfinden kann, bevor die Öffnungen für das Befestigungsmittel genutzt werden. Als Befestigungsmittel kommen insbesondere eine Schraube oder eine Einschlaghülse in Betracht. Besonders bevorzugt sind mindestens zwei Öffnungen für Befestigungsmittel an dem Zwischenelement ausgebildet, wobei weiter bevorzugt auch an dem Gehäuseelement zwei korrespondierende Öffnungen für das jeweilige Befestigungsmittel vorgesehen sind. In diesem Fall kann eine eindeutige Vorpositionierung durch Positionieren des Zwischenelements derart gegenüber dem Gehäuseelement erfolgen, in denen die Öffnungen in eine miteinander fluchtende Position gebracht werden.
Eine besonders einfache Montage ergibt sich, wenn das Zwischenelement über ein Einpresselement oder über mehrere Einpresselemente mindestens kraftschlüssig mit dem mindestens einen Gehäuseelement verbunden ist und/oder mittels eines Klebemittels stoffschlüssig mit dem Gehäuseelement verbunden ist. Ein wie vorstehend erwähntes Einpresselement weist vorzugsweise einen zylindrischen Schaft und ein radial gegenüber dem Schaft hervorragenden Kopfabschnitt auf. Ein solches Einpresselement weist eine in der Seitenansicht T-förmige Grundform auf.
Ein wie vorstehend beschriebenes Einpresselement kann durch nur teilweises Einschlagen auch dazu genutzt werden, ein Zwischenelement höheneinstellbar relativ gegenüber dem Gehäuseelement zu positionieren, insbesondere um Niveauunterschiede auf einem Gehäuseelement auszugleichen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mehrere Zwischenelemente in einem Gehäuseelement oder mehreren Gehäuseelementen positioniert werden sollen, die alle als Auflagefläche für ein zu befestigendes Element, insbesondere eine elektrische Platine, genutzt werden sollen. In diesem Fall kann durch den Höhenausgleich eine ebene Fläche erzeugt werden, mit welcher die Platine biege- und torsionsspannungsfrei auf dem Zwischenelement bzw. den Zwischenelementen positioniert werden kann. Dadurch wird eine Schädigung der Platine durch Biege- und/oder Torsionsspannungen wirksam vermieden.
Die Erfindung betrifft auch ein Montageverfahren zur Herstellung einer wie vorstehend beschriebenen Befestigung. Gemäß dem Montageverfahren wird durch die Wahl der Einpresstiefe eines Einpresselements und/oder die Einschraubtiefe einer Nivellierschraube und/oder durch das Befüllen eines einseitig offenen Behälters eines Zwischenelements mit Klebstoff bis auf ein über den oberen Rand hervorstehendes Niveau eine variable Montagehöhe für das zu befestigende Element eingestellt. Auf die vorstehend bereits in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Befestigung beschriebenen Vorteile wird hiermit noch einmal verwiesen.
Zur Einstellung der gewünschten Einpresstiefe können beliebige messtechnische Verfahren aus dem Stand der Technik eingesetzt werden. Insbesondere können taktile und/der induktive Sensoren zum Einsatz kommen und/oder es können optische Messungen durchgeführt werden, beispielsweise Lasermessungen.
In einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Montageverfahrens wird die Montagehöhe mehrerer Zwischenelemente so gewählt, dass anschließend eine biegespannungs- und/oder torsionsspannungsarme Montage des Elements auf den Zwischenelementen ermöglicht wird. Unter einer biegespannungs- und/oder torsionsspannungsarmen Montage wird in diesem Zusammenhang eine nur geringe Verwölbung und eine nur geringe Verwindung verstanden, insbesondere wenn es sich bei dem zu befestigenden Element um eine Leiterplatte (Platine) handelt. Eine Montage gilt als biegespannungs- und/oder torsionsspannungsarm im Sinne der Erfindung, wenn die maximale Biegung und Verdrehung von 0,75% für Leiterplatten mit SMD-Bauteilen und 1,5% für alle anderen Leiterplatten beträgt. Vorzugsweise wird das Montageverfahren so ausgelegt und mit einer entsprechenden Genauigkeit durchgeführt, dass diese Angaben auf 75 Prozent, weiter bevorzugt auf 50 Prozent und besonders bevorzugt auf 25 Prozent der angegebenen zulässigen Maximalwerte beschränkt sind.
Vorzugsweise wird die Montagehöhe mehrerer Zwischenelemente so gewählt, dass anschließend eine biegespannungs- und torsionsspannungsfreie Montage des Elements auf den Zwischenelementen ermöglicht wird. Darunter wird eine maximale Abweichung von 10 Prozent, bevorzugt nur 5 Prozent und besonderes bevorzugt nur 3 Prozent, 2 Prozent oder 1 Prozent der oben angegebenen Maximalwerte für die Verwindung und/oder Verwölbung verstanden.
Für die Montage gibt es insbesondere folgende Möglichkeiten:

- Gemäß einer ersten Möglichkeit werden mehrere einzelne Zwischenelemente mit oder ohne zur Hilfenahme einer Montagehülse in das Gehäuseelement eingebracht, wobei die Höhe jedes Zwischenelements individuell festgelegt wird. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Montageroboters erfolgen, der für jedes Zwischenelement die gleiche Höhe einstellt. Anschließend kann das zu befestigende Element auf eine eben eingestellte Auflagefläche auf den Zwischenelementen aufgelegt werden.
- Gemäß einer zweiten Variante werden mehrere einzelne Zwischenelemente mit einer Platte oder einem Pressbalken gleichzeitig eingebracht. Dabei wird durch die Verwendung der Platte oder des Pressbalkens sichergestellt, dass für alle Zwischenelemente das gleiche Höhenniveau erreicht wird. Dazu ist die Platte oder der Pressbalken lediglich in eine ausschließlich horizontalen Ausrichtung zu verfahren, während die Zwischenelemente eingebracht werden.

Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

1-6 verschiedene Montageschritte einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Befestigung, wobei die 1, 2, 3, 5 und 6 die einzelnen Elemente in einer Seitenansicht zeigen und 4 eine isometrische Darstellung des in 3 in der Seitenansicht gezeigten Zustands ist,
7 eine erfindungsgemäße Befestigung mit einem einseitig offenen Behälter, in welchem ein Hinterschnitt ausgebildet ist,
8 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Befestigung, bei welcher zur Befestigung des Zwischenelements an dem Gehäuseelement eine Klebschicht vorgesehen ist,
9 ein Montageverfahren, bei welchem die Zwischenelemente einzeln mit Hilfe einer Montagehülse eingebracht werden,
10 ein Montageverfahren, bei welchem mehrere Zwischenelemente gleichzeitig mit Hilfe eines Pressbalkens oder einer Platte eingebracht werden,
11 ein Montageverfahren, bei welchem mehrere Zwischenelemente gleichzeitig mit Hilfe eines Pressbalkens oder einer Platte eingebracht werden, an welcher jeweils korrespondierende Montagehülsen ausgebildet sind,
12 eine erfindungsgemäße Befestigung mit einem zweiteilig ausgebildeten Zwischenelement, das eine formschlüssige Verbindung zwischen einem zwischen einem Gehäuse-Verbindungsabschnitt und einem Element-Verbindungsabschnitt aufweist,
13 eine erfindungsgemäße Befestigung mit Hilfe eines zweiteilig hergestellten Zwischenelements, dass zwei formschlüssige Verbindungen zwischen einem Gehäuse-Verbindungsabschnitt und einem Element-Verbindungsabschnitt aufweist,
14 eine erfindungsgemäße Befestigung mit einem Zwischenelement, das zweiteilig ausgebildet ist und eine formschlüssige Verbindung zwischen einem Gehäuse-Verbindungsabschnitt und einem Element-Verbindungsabschnitt aufweist,
15 eine erfindungsgemäße Befestigung, bei welcher das Zwischenelement zweiteilig ausgebildet ist, wobei der Element-Verbindungsabschnitt aus einer einfachen Platte besteht und
16 ein Zwischenelement für eine erfindungsgemäße Befestigung, welche aus zwei Gehäuse-Verbindungsabschnitten und einem mit beiden Gehäuse-Verbindungsabschnitten verbundenen Element-Verbindungsabschnitt aufweist, wobei die Gehäuse-Verbindungsabschnitte jeweils formschlüssig mit dem Element-Verbindungsabschnitt verbunden sind.

Die 1-6 zeigen einzelne Montageschritte einer erfindungsgemäßen Befestigung gemäß einer ersten Ausführungsform. Am Ende der Montage steht die in 6 erkennbare Befestigung eines Elements 10, hier in Form einer Platine 12, an einem nur ausschnittsweise dargestellten Gehäuseelement 14 mit einem Zwischenelement 16.
Wie in den 1 und 2 erkennbar, wird dazu zunächst das Zwischenelement 16 mit daran vormontierten Einpresselementen 18 relativ zu dem Gehäuseelement 14 positioniert. Die Positionierung erfolgt derart, dass die jeweilige Öffnung 20, welche in dem Zwischenelement 16 zur Aufnahme des Einpresselements 18 ausgebildet ist, fluchtend mit der korrespondierenden Öffnung 22 in dem Gehäuseelement 14 angeordnet sind. Diese Relativanordnung ist in 2 dargestellt.
Anschließend werden die Einpresselemente 18 gemäß den Pfeilen 24 in die Öffnungen 22 des Gehäuseelements 14 eingetrieben, so dass zwischen den Einpresselementen 18 und dem Gehäuseelement 14 eine Pressverbindung entsteht. Dadurch ist das Zwischenelement 16 kraftschlüssig gegenüber dem Gehäuseelement 14 festgelegt, wie in den 3 und 4 dargestellt.
Aus einer Zusammenschau der 3 und 4 ist erkennbar, dass in dem Zwischenelement 16 ein einseitig offener Behälter 26 ausgebildet ist.
Wie in 5 erkennbar, wird im nächsten Montageschritt ein Klebemittel 28 in den einseitig offenen Behälter 26 eingebracht, indem dieses in Richtung des Pfeils 32 eingefüllt wird. Dabei wird als Klebemittel 28 vorzugsweise ein pastöses oder zähfließendes Klebemittel 28 verwendet. Dies ist in den 5 und 6 vereinfacht als Rechteck dargestellt. Dabei ist der Behälter 26 mit dem Klebemittel 28 bis auf ein über den oberen Rand 30 des Behälters 26 hervorstehendes Niveau befüllt. Dies hat den Vorteil, dass beim späteren oberseitigen Aufsetzen eines Elements 10, insbesondere einer Platine 12, wie in 6 gezeigt, in Richtung des Pfeils 32 variabel heruntergedrückt werden kann, um ein biege- und/oder torsionsfreies Montieren der Platine 12 bzw. des Elements 10 zu ermöglichen. Vorzugsweise wird das Element 10 bzw. die Platine 12 dann in einem biegespannungs- und/oder torsionsspannungsfreien Zustand so lange gehalten, bis das Klebemittel 28 ausgehärtet ist.
In 6 sind auch zwei Hochvolt-Leiter 34, 36 dargestellt, die Teil des Elements 10 bzw. der Platine 12 sind.
Wie aus den 1-6 ersichtlich ist, ist das Zwischenelement 16 in der gezeigten Ausführungsform aus einem flanschartig ausgebildeten Gehäuse-Verbindungsabschnitt 38 und einem von dem Gehäuse-Verbindungsabschnitt 38 nach oben ragenden Element-Verbindungsabschnitt 40 gebildet (vgl. 1). Dabei ist der Gehäuse-Verbindungsabschnitt 38 zylindrisch ausgebildet und weist eine nur geringe Höhe auf, so dass sich die Form einer Kreisscheibe ergibt. Der Element-Verbindungsabschnitt 40 ist hohlzylindrisch ausgebildet und weist eine Höhe auf, welche größer ist als die Höhe des Gehäuse-Verbindungsabschnitts 38.
Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass der Gehäuse-Verbindungsabschnitt 38 und/oder der Element-Verbindungsabschnitt 40 auch eine andere Form aufweisen können, insbesondere eine polygonförmige Grundform, wie z.B. viereckig, quadratisch, sechseckig etc.
Die Höhe des Element-Verbindungsabschnitts 40 ist so groß gewählt, dass ein Überschlagen der Spannung von den Hochvolt-Leitern 34, 36 zu dem Gehäuseelement 14 ausgeschlossen ist. Dadurch kann auf die Montage einer Isolierfolie auf dem Gehäuseelement 14 verzichtet werden.
Die Einpresselemente 18 sind vorzugsweise aus dem gleichen Werkstoff hergestellt wie das Gehäuseelement 14, beispielsweise beide aus Aluminium.
Für das Zwischenelement 16 wird vorzugsweise ein elektrisch nichtleitender Werkstoff verwendet, insbesondere ein Kunststoff.
In Verbindung mit den 7-16 werden im Folgenden weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Befestigungen sowie entsprechender Montageverfahren erläutert, wobei für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen wie in 1-6 verwendet werden. Soweit im Folgenden nicht abweichend beschrieben, ist davon auszugehen, dass die vorstehend in Verbindung mit der ersten Ausführungsform erläuterten Eigenschaften und Funktionen auch für die im Folgenden erläuterten Ausführungsformen gelten.
Die in 7 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch von der in den 1-6 gezeigten Ausführungsform, dass in dem Behälter 26 ein Hinterschnitt 42 derart ausgebildet ist, dass nach dem Befüllen des Behälters 26 mit einem Klebemittel 28 und Aushärten des Klebemittels 28 eine zusätzlich formschlüssige Verbindung zwischen dem Klebemittel 28 und dem Behälter 26 hergestellt wird. Der Hinterschnitt 42 ist in der in 7 dargestellten Ausführungsform dadurch realisiert, dass ein kreisringartiger Vorsprung innerhalb des Behälters 26 ausgebildet ist, welcher sich radial nach innen erstreckt. Dadurch kann sich das Klebemittel 28 unterhalb des Hinterschnitts 42 radial nach außen ausbreiten.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform, welche sich im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass der Gehäuse-Verbindungsabschnitt 38 frei von Öffnungen ausgebildet ist und unterseitig mit Hilfe eines Klebemittels 28 klebend an dem Gehäuseelement 14 befestigt wird. Dazu wird das Zwischenelement 16 in Richtung des Pfeils 46 auf das Klebemittel 28 gepresst und in dieser Relativposition gehalten, bis das Klebemittel 28 ausgehärtet ist.
9 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Gehäuse-Verbindungsabschnitt 38 und der Element-Verbindungsabschnitt 40 zweiteilig ausgebildet sind. Dabei ist der Gehäuse-Verbindungsabschnitt 38 doppelt T-förmig derart ausgebildet, dass der Stamm 48 des unteren T gleichzeitig als Einpressabschnitt 50 dient. Das obere T dient als formschlüssige Anbindung des Element-Verbindungsabschnitts 40, welcher insbesondere durch Umspritzen des oberen T-förmigen Abschnitts erzeugt ist. Dadurch ist eine sowohl form- als auch stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Element-Verbindungsabschnitt 40 und dem Gehäuse-Verbindungsabschnitt 38 hergestellt.
Zum Einpressen des Zwischenelements 16 in das Gehäuseelement 14 kann insbesondere eine zylindrische Hülse 52 eingesetzt werden, die den Element-Verbindungsabschnitt 40 umschließend angeordnet ist und unmittelbar auf eine obere Fläche 54 des Gehäuse-Verbindungsabschnitts 38 wirkt. Zum Einpressen des Zwischenelements 16 wird mit der Hülse 52 Druck in Richtung der Pfeile 56 auf das Zwischenelement 16 ausgeübt, bis die gewünschte Einpresstiefe erreicht ist.
Durch sequenzielles Einpressen mehrerer Zwischenelemente 16 in unterschiedliche Gehäuseelemente 14 oder ein Gehäuseelement 14 mit verschiedenen Höhenniveaus, von denen in 9 rechts exemplarisch drei Verbindungsbereiche dargestellt sind, kann durch Einpressen auf das jeweils gleiche absolute Höhenniveau der jeweilige obere Rand 30 der Element-Verbindungsabschnitte 40 auf ein gemeinsames Niveau N gebracht werden, so dass für eine Platine 12 bzw. ein Element 10 eine ebene Auflagefläche gebildet ist. So kann mit einer erfindungsgemäßen Befestigung eine nicht ebene Gehäuseoberfläche, welche mit der gestrichelten Linie 58 visualisiert ist, mit Hilfe von mehreren Zwischenelementen 16 ausgeglichen werden, um eine ebene Auflagefläche für ein Element 10 oder eine Platine 12 zu schaffen.
In den 10 und 11 sind zwei alternative Montageverfahren gezeigt, mit welchen mehrere Zwischenelemente 16 durch gleichzeitiges Einpressen auf eine einheitliche Niveaulinie N zur späteren Anordnung eines Elements 10 bzw. einer Platine 12 zu bringen. Beide Varianten gemäß 10 und 11 haben den Vorteil, dass die Montage in nur einem Schritt erfolgen kann, so dass diese etwas zeitsparender realisierbar ist.
Bei der in 10 gezeigten Ausführungsform werden alle gezeigten Zwischenelemente 16 gleichzeitig mit Hilfe eines Pressbalkens 60 oder einer Pressplatte 60 gleichzeitig in das Gehäuseelement 14 bzw. die Gehäuseelemente 14 eingepresst, indem mit dem Pressbalken 60 bzw. der Pressplatte 60 eine Einpresskraft über den oberen Rand 30 der Zwischenelemente 16 in Richtung Gehäuseelement (E) 14 ausgeübt wird.
Bei der in 11 gezeigten Ausführungsform sind Hülsen 52, welche als Fügewerkzeuge dienen, an dem Pressbalken 60 bzw. der Pressplatte 60 angeformt, so dass das in Verbindung mit 9 erläuterte Verfahren gleichzeitig an mehreren bzw. allen Zwischenelementen 16 durchgeführt werden kann.
Die 12-16 zeigen fünf weitere Ausführungsformen von Befestigungen, bei welchen jeweils das Zwischenelement 16 unterschiedlich gestaltet ist bzw. sich das Montageverfahren von den vorstehend beschriebenen Kombinationen aus Zwischenelements 16 und Montageverfahren unterscheidet. Die in 12 gezeigte Ausführungsform entspricht der in Verbindung mit 9 bereits beschriebenen Ausführungsform. Dabei wird das Klebemittel 28 jedoch bis auf ein über den oberen Rand 30 hervorstehendes Niveau eingebracht, so dass über die Positionierung des Elements 10 bzw. der Platine 12 relativ zu dem oberen Rand 30 noch eine gewisse Variabilität besteht, um einen Höhenniveauausgleich zu realisieren. Dies gilt auch für die Ausführungsform der 13, 14 und 15, wobei sich bei diesen Ausführungsformen jeweils die Gestaltung des Element-Verbindungsabschnitts 40 und des korrespondierenden Gehäuse-Verbindungsabschnitts 38 unterscheidet. In allen Ausführungsformen der 12-15 und auch 16 wird der Element-Verbindungsabschnitt 40 vorzugsweise durch Anspritzen und teilweises Umspritzen (nur 12, 13, 14 und 16) des Gehäuse-Verbindungsabschnitts 38 erzeugt.
Bei der in 13 gezeigten Ausführungsform sind an dem Gehäuse-Verbindungsabschnitt 38 an dem unteren T-förmigen Abschnitt mit dem Einpressabschnitt 50 zwei obere T-förmigen Profile vorgesehen, um die formschlüssige Verbindung zu dem Element-Verbindungsabschnitt 40 zu verbessern. Dadurch kann auch eine besonders torsions- und zugbelastbare Verbindung zwischen Gehäuse-Verbindungsabschnitt 38 und Element-Verbindungsabschnitt 40 hergestellt werden.
Bei der in 14 gezeigten Ausführungsform ist ein sich nach unten in den Gehäuse-Verbindungsabschnitt 38 hinein erstreckender T-förmiger Vorsprung an dem Element-Verbindungsabschnitt 40 vorgesehen, so dass sich die komplementäre Gestaltung zu dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel ergibt. Diese ist hinsichtlich eines Überschlagens einer Spannung von dem Element 10 bzw. der Platine 12 in Richtung des Gehäuseelements 14 verbessert, da der kürzeste Abstand zwischen dem Gehäuse-Verbindungsabschnitt 38 und dem Element 10 bzw. Platine 12 größer ist als bei den Ausführungsformen gemäß 12 und 13.
Die in 15 gezeigte Ausführungsform ist konstruktiv besonders einfach insoweit, als der Element-Verbindungsabschnitt 40 als einfache zylindrische Scheibe vorgesehen ist. Diese lässt sich besonders einfach und kostengünstig herstellen, weist jedoch keinen Behälter auf, so dass das Klebemittel 28 lediglich auf die Oberseite 62 des Element-Verbindungsabschnitts 40 aufgebracht wird. In diesem Fall ergibt sich ein besonders großer Toleranzbereich in Hochrichtung beim Anpressen des Elements 10 bzw. der Platine 12. Allerdings muss als Klebemittel 28 ein ausreichend zähviskoses Klebemittel eingesetzt werden, damit sich das Klebemittel 28 beim Anpressen nicht vollständig auf ein Niveau unterhalb der Oberseite 62 verteilt.
16 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher zwei Einpressabschnitte 50 an einem Element-Verbindungsabschnitt 40 vorgesehen sind. Dadurch ergibt sich eine Verdrehsicherung des Zwischenelements 16 und eine erhöhte Füge- und Haltekraft der Einpressabschnitte 50 innerhalb des Gehäuseelements 14.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Element
12: Platine
14: Gehäuseelement
16: Zwischenelement
18: Einpresselement
20: Öffnung (in dem Zwischenelement)
22: Öffnung (in dem Gehäuseelement)
24: Pfeil
26: Behälter
28: Klebemittel
30: oberer Rand
32: Pfeil
34: Hochvolt-Leiter
36: Hochvolt-Leiter
38: Gehäuse-Verbindungsabschnitt
40: Element-Verbindungsabschnitt
42: Hinterschnitt
44: kreisringförmiger Vorsprung
46: Pfeil
48: Stamm
50: Einpressabschnitt
52: zylindrische Hülse
54: obere Fläche
56: Pfeil
58: Gehäuseoberfläche
60: Pressbalken / Pressplatte
62: Oberseite
N: Niveaulinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5,667,393 A [0003]
US 2003/0104729 A1 [0004]
US 5,395,250 A [0005]

Claims

Befestigung eines Elements (10) an mindestens einem Gehäuseelement (14) eines elektrischen Bauteils, wobei zwischen dem zu befestigenden Element (10) und dem Gehäuseelement (14) mindestens ein elektrisch isolierendes Zwischenelement (16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (16) als formstabiles Element ausgebildet ist und einen Gehäuse-Verbindungsabschnitt (38) aufweist, mit welchem unmittelbar oder mittelbar mindestens eine Schraubverbindung, mindestens eine Pressverbindung und/oder mindestens Klebverbindung zwischen dem mindestens einen Gehäuseelement (14) und dem Element (10) hergestellt ist.
Befestigung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (16) einen mindestens einseitig offenen Behälter (26) zur Aufnahme eines Klebemittels (28) aufweist.
Befestigung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in dem einseitig offenen Behälter (26) mindestens ein Hinterschnitt (42) derart ausgebildet ist, dass nach dem Befüllen des Behälters (26) mit einem Klebemittel (28) und Aushärten des Klebemittels (28) eine zusätzlich formschlüssige Verbindung zwischen dem Klebemittel (28) und dem Behälter (26) hergestellt wird.
Befestigung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (16) zumindest aus einem flanschartig ausgebildeten Gehäuse-Verbindungsabschnitt (38) und einem von dem Gehäuse-Verbindungsabschnitt (38) nach oben ragenden Element-Verbindungsabschnitt (40) gebildet ist.
Befestigung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuse-Verbindungsabschnitt (38) aus dem gleichen Werkstoff hergestellt ist wie das Gehäuseelement (14) und/oder der Element-Verbindungsabschnitt (40) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff hergestellt ist.
Befestigung nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuse-Verbindungsabschnitt (38) und der Element-Verbindungsabschnitt (40) zweiteilig ausgebildet sind, wobei mindestens eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse-Verbindungsabschnitt (38) und dem Element-Verbindungsabschnitt (40) hergestellt ist.
Befestigung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zwischenelement (16) mindestens eine Öffnung (20) für ein Befestigungsmittel ausgebildet ist.
Befestigung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (16) über ein Einpresselement (18) oder über mehrere Einpresselemente (18) mindestens kraftschlüssig mit dem mindestens einen Gehäuseelement (14) verbunden ist und/oder mittels eines Klebemittels (28) stoffschlüssig mit dem Gehäuseelement (14) verbunden ist.
Montageverfahren zur Herstellung einer Befestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Wahl der Einpresstiefe eines Einpresselements (18) und/oder die Einschraubtiefe einer Nivellierschraube und/oder durch das Befüllen eines einseitig offenen Behälters (26) eines Zwischenelements (16) mit einem Klebemittel (28) bis auf ein über den oberen Rand (30) hervorstehendes Niveau eine variable Montagehöhe für das zu befestigende Element (10) eingestellt wird.
Montageverfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagehöhe mehrerer Zwischenelemente (16) so gewählt wird, dass anschließend eine biegespannungs- und/oder torsionsspannungsarme Montage des Elements (10) auf den Zwischenelementen (16) ermöglicht wird.