DE4340280A1 - Bauteilesatz für ein Gehäuse aus Kunststoff zum Aufnehmen von elektrischen Bauelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Bauteilesatz mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein solcher Bauteilesatz ist aus der WO 92/20 096 bekannt und besteht aus einem Rahmen, in welchen elektrische Leiter eingebettet sind, die von innen nach außen durch den Rahmen hindurch führen und insbesondere einem Lead­ frame angehören. Der Rahmen wird ergänzt zu einem Ge­ häuse durch eine Bodenplatte mit hochstehendem Rand und durch einen Deckel. Zur Bildung des Gehäuses werden der Rahmen, die Bodenplatte und der Deckel miteinander ver­ klebt oder verschweißt.

Es ist üblich, Gestalt und Aufbau des Gehäuses den auf­ zunehmenden Bauelementen und dem Einsatzzweck anzupassen. Nachteilig dabei ist, daß man für eine Vielzahl unter­ schiedlicher Produkte eine Vielzahl unterschiedlicher Ge­ häuse hat. Es ist auch bekannt, vorgegebene Gehäuse für unterschiedliche Produkte zu verwenden und zu diesem Zweck den Träger für die elektrischen Bauelemente, Sen­ soren oder Schaltungen, die aufgenommen werden sollen, an das vorgegebene Gehäuse anzupassen. Eine solche Vor­ gehensweise hat jedoch den Nachteil, wenig flexibel zu sein, da der Anpassung des Bauelementeträgers durch den Zwang, eine vorbestimmte Art und Anzahl von Bauelementen aufzunehmen zu müssen, enge Grenzen gesetzt sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vielseitig einsetzbares Gehäuse zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Bauteilesatz mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der ab­ hängigen Ansprüche.

Die Erfindung geht weder den Weg, in Anpassung an den Einsatzzweck und die aufzunehmenden Bauelemente ein Ge­ häuse zu formen noch geht die Erfindung den Weg, ein Standardgehäuse zu nehmen und die Anordnung aus Bau­ elementen, Schaltungen und ihren Trägern anzupassen, vielmehr schlägt die Erfindung vor, aus wenigen gleichen Grundelementen unterschiedliche Gehäuse zusammenzufügen, nämlich aus einem Boden, einem Rahmen und einem Deckel, wobei der Rahmen im Gegensatz zum Stand der Technik in besonderer Weise so aus­ gebildet ist, daß seine Unterseite und seine Oberseite sich ergänzend in einer Weise profiliert sind, daß zwei gleiche Rahmen mit Unterseite und Oberseite spiel frei zusammengefügt werden können. In seiner einfachsten Ausführungsform be­ steht das Gehäuse demnach zwar wie beim Stand der Technik aus einem Boden, einem Rahmen und einem Deckel, doch kann das Gehäuse anders als beim Stand der Technik durch Ein­ fügen eines oder mehrerer untereinander gleicher Rahmen ohne Schwierigkeit und mit geringstem Aufwand vergrößert werden und kann dann weitere Bauelemente oder Schaltungen aufnehmen.

Wenn hier von untereinander gleichen Rahmen die Rede ist, dann ist damit der Kunststoffkörper gemeint. Die Leiter, die beim Spritzgießen in diesen eingebettet werden und demgemäß vor dem Spritzgießen in die Spritzgießform ein­ gelegt werden, können je nach Einsatzzweck in unterschied­ licher Zahl und Form vorhanden sein. Zweckmäßigerweise verwendet man zu diesem Zweck Leadframes oder Stanzgitter, in welchen anwendungsbezogen die benötigten Leiter nach Anzahl und Form gebildet werden können und die - bei gleichbleibenden Außenmaßen des Stanzgitters bzw. Lead­ frames - auch in unterschiedlicher Ausprägung der Lei­ terbahnen problemlos in ein und dieselbe Spritzgießform eingelegt werden können.

Boden, Rahmen und Deckel können auf an sich bekannte Weise miteinander verbunden werden, z. B. durch Kleben oder Schweißen, insbesondere durch Reibschweißen oder Ultraschallschweißen. Dabei kann zur Verbesserung der Gehäusedichtigkeit auch umlaufend eine Dichtung vorge­ sehen sein.

Elektrische Leiter können nicht nur in den Rahmen, son­ dern nach Bedarf auch in den Boden und in den Deckel eingebettet werden, wodurch sich die Möglichkeit er­ öffnet, an diesen zusätzliche Bauelemente anzubringen, am Boden zum Beispiel eine Leiterbahn zur Bildung eines Massekontaktes, die zu einer an der Außenseite des Gehäuses liegenden Befestigungsbohrung durch den Boden hindurch führen kann.

Die durch den Rahmen in das Gehäuse führenden elektri­ schen Leiter sind zweckmäßigerweise Stanz-Biegeteile, mit denen man auf der Außenseite des Gehäuses durch den Vorgang des Spritzgießens selbst einen Stecker als Schnittstelle bilden kann, insbesondere in der Weise, daß sich am Rahmen ein nach außen erstreckender An­ satz angeformt ist, der ein Sackloch hat, in welchem die Leiter enden.

Im Innern des Gehäuses können die Leiter auf herkömmliche Art mit den elektrischen Bauelementen, Sensoren oder Schal­ tungen, die aufgenommen werden sollen, verbunden werden, z. B. durch Löten oder Bonden. Befinden sich die Bauelemente auf Schaltungsträgerplatten, dann ist es besonders günstig, diese durch Einpreßtechnik mit den Enden der durch den Rahmen hindurchführenden Leiter zu verbinden, wodurch die Leiter nicht nur den elektrischen Kontakt herstellen, son­ dern zugleich die Schaltungsträgerplatte im Gehäuse halten und fixieren (siehe prioritätsgleiche Anmeldung "Anordnung aus einem Gehäuse, einer Schaltungsträgerplatte und Zu­ leitungen").

Sofern der Deckel nicht zugleich Raum für weitere Bauele­ mente bieten soll, kann man als Deckel auch einfach eine ebene Platte verwenden. Eine solche Platte kann in vor­ teilhafter Weiterbildung der Erfindung nicht nur als Deckel des Gehäuses dienen, sondern auch als Trennwand zwischen zwei Gehäuseabteilen. Besonders günstig ist es, die Deckelplatte zu diesem Zweck mit einer umlaufenden Sollbruchstelle zu versehen und auf der Oberseite des Rahmens einen dazu passenden, innenliegenden Absatz zu bilden; will man die Deckelplatte als Deckel benutzen, verwendet man sie in voller Größe und verbindet sie mit dem oberen Rand des Rahmens; will man die Deckelplatte als Zwischenwand verwenden, bricht man den Rand der Deckelplatte längs der Sollbruchstelle ab und befestigt die so verkleinerte Platte auf dem tieferliegenden Ab­ satz des Rahmens.

Ein besonderer Vorteil der mit umlaufender Sollbruch­ stelle versehenen Deckelplatte liegt darin, daß sie eine nachträgliche Erweiterung des Funktionsumfanges der im Gehäuse untergebrachten Schaltung ermöglicht: Zu diesem Zweck kann man einfach einen an seiner Unterseite komplementär zum Rahmen profilierten Deckel mit einer die Erweiterung enthaltenden Schal­ tungsträgerplatte auf die bisherige Deckelplatte aufsetzen und sie eindrücken, ohne sie entfernen zu müssen. Bedarfsweise kann man natürlich auch einen oder mehrere weitere Rahmen mit eingesetzten weiteren Schaltungsträgerplatten in der beschriebenen Weise einfügen.

Erweitert man den Innenraum eines Rahmens um einen zweiten Rahmen oder um einen als Haube ausgebildeten Deckel, dann kann man in dem erweiterten Raum liegen­ de Bauelemente nach Wahl durch elektrische Leiter kontaktieren, die durch den Deckel oder durch den zweiten Rahmen hindurchführen. Man kann aber auch - um eine zweite Schnittstelle zu vermeiden - die dort liegenden Bauelemente durch Leiter kontak­ tieren, die durch den ersten Rahmen hindurchführen. Zu diesem Zweck werden die Leiterbahnen im Innern vor­ zugsweise abgeknickt, so daß ein Teil gegen den Boden und ein anderer Teil der Leiter gegen den Deckel weist, wobei diese beiden Gruppen von Leitern vorzugsweise in getrennten Ebenen durch den Rahmen hindurchgeführt sind. Eine solche Anordnung ist selbst dann noch möglich, wenn zwischen zwei benachbarten Rahmen oder zwischen Rahmen und Deckel als Trennwand eine Platte liegt, wenn sich in dieser Platte an den vorgegebenen Stellen, wo sich die abgewinkelten Enden der Leiter befinden, punktförmige Sollbuchstellen befinden, die von den Leitern durch­ stoßen werden können.

Führen die Leiter nur von einer Seite an die Schal­ tungsträgerplatte heran, dann können die elektrischen Leiter allein die Schaltungsträgerplatte nicht hal­ ten. In diesem Fall benötigt man am gegenüberliegen­ den Rand noch eine Abstützung, z. B. durch eine in den Rahmen eingeformte Nut oder durch in den Rahmen eingespritzte Stifte, welche wie die elektrischen Leiter durch Einpreßtechnik mit der Schaltungsträger­ platte kontaktiert werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beige­ fügten Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein aus den Grundelementen des erfindungsgemäßen Bausatzes gebildetes Gehäuse in einer Explosionsdarstellung im Längsschnitt,

Fig. 2 zeigt in einem Längsschnitt ein daraus gebildetes einfachstes Gehäuse,

Fig. 3 zeigt ein gegenüber der Darstellung in Fig. 2 durch einen haubenförmigen Deckel abgeschlossenes Gehäuse,

Fig. 4 zeigt ein gegenüber der Fig. 2 um einen weiteren Rahmen erweitertes Gehäuse,

Fig. 5 zeigt ein Gehäuse, welches gegenüber dem in Fig. 4 dargestellten Gehäuse durch einen haubenartigen Deckel abgeschlossen ist, und die

Fig. 6 bis 11 zeigen verschiedene Möglichkeiten der Abdichtung an der Fügestelle zwischen zwei Gehäuseteilen.

Fig. 1 zeigt als Element des erfindungsgemäßen Bau­ teilesatzes einen aus Kunststoff gespritzten Rahmen 1 als Grundelement des Gehäuses. Dieser Rahmen ist an seiner Unterseite 2 und an seiner Oberseite 3 offen. An seiner Unterseite ist ein Absatz 4 gebildet, von welchem ein Vorsprung 5 nach unten ragt, dessen Außenmaß mit dem Innenmaß d im oberen Bereich des Rahmens übereinstimmt, so daß ein gleichartiger Rahmen 1 - wie in Fig. 4 dargestellt - mit seinem Fortsatz 5 in den oberen Abschnitt des anderen Rahmens 1 spiel­ frei gesteckt werden kann. Die Oberseite 3 und die Unterseite 4 haben somit eine sich ergänzende, das spielfreie Zusammenstecken ermöglichende Profilierung.

An einer der Seitenflächen des Rahmens ist ein Ansatz 6 angeformt mit einer nach außen offenen Ausnehmung 7, in welcher die Enden 8 von Leitern 9 und 10 enden, welche eine Steckerleiste bilden und die Wand des Rahmens 1 durchqueren, in welche sie durch Spritzgießen eingebettet sind. Die Leiter 9 und 10 sind vorzugs­ weise aus einem Stanzgitter entstanden und sind Stanz-Biegeteile, die rechtwinklig geknickt sind, so daß ihre im Innenraum des Rahmens 1 liegenden Enden 11 und 12 in entgegengesetzte Richtungen weisen, nämlich nach unten und nach oben. An der den Leitern 9 und 10 gegenüberliegenden Wand des Rahmens 1 ist ein den Leitern 9 und 10 zugekehrter Vorsprung ausge­ bildet, in welchen Kontaktstifte 14 eingebettet sind, welche je nach Anwendungsfall mit Leitern 9, 10 im Ansatz 6 Verbindung haben oder nicht; im zuletzt ge­ nannten Fall dienen sie nur als Halteelemente für eine Schaltungsträgerplatte 15, auf welcher sich elektrische Bauelemente 16 befinden. Die Schaltungsträgerplatte hat zu diesem Zweck Bohrungen 17, die von Federklemmen 18 übergriffen werden, in welche die Stifte 11, 12 und 14 durch die Schaltungsträgerplatte 15 hindurchgreifend eingepreßt werden können.

Nach unten wird der Rahmen 1 durch einen Boden 20 verschlossen, der umlaufend einen dem Rahmen 1 zuge­ kehrten Vorsprung 21 hat, dessen Innenmaß überein­ stimmt mit dem Außenmaß des Vorsprungs 5 des Rahmens 1. Außerhalb des Vorsprungs 21 befinden sich Be­ festigungsbohrungen 22, mit denen die Bodenplatte und mit ihr das Gehäuse am Einsatzort befestigt wer­ den kann. In einer Ausnehmung der Bodenplatte kann, wenn gewünscht, eine plattenförmige Wärmesenke 23 liegen, um Verlustwärme von Bauelementen 16 aufzu­ nehmen und nach außen abzuleiten. Die Wärmesenke 23 kann von vornherein in die Bodenplatte 20 eingespritzt sein.

Nach oben hin kann der Rahmen 1 durch einen Deckel 30 in Gestalt einer verhältnismäßig dünnen Platte verschlossen werden, die zweckmäßigerweise aus einem Hartkunststoff besteht, aber auch aus anderem isolierendem Material be­ stehen kann, z. B. aus einer Keramik. Zur Aufnahme des Deckels 30 ist an der Oberseite 3 des Rahmens 1 ein um­ laufender innenliegender Absatz 19 vorgesehen, welcher den Deckel 30 spielfrei aufnimmt. Der Deckel hat um­ laufend eine Sollbruchstelle 31, entlang welcher der Rand 32 des Deckels abgebrochen werden kann. Die Breite des Randes 32 entspricht der Breite des Absatzes 19 (siehe Fig. 2), so daß der Deckel 30 unter Abbrechen des Randes 32 über den Absatz 19 heruntergedrückt wer­ den kann, wobei der Rand 32 auf dem Absatz 19 liegen bleiben kann. Damit der Deckel 30 dabei über die Stifte 12 und 13 gleiten kann, besitzt er an den entsprechen­ den Stellen punktförmige Sollbruchstellen 33, die von den Stiften 12 und 14 durchgedrückt werden können. Tut man das, nimmt der Deckel 30 die in Fig. 3 eingezeich­ nete Lage ein.

Viertes Element des Bauteilsatzes ist ein Deckel 40, welcher im Gegensatz zum Deckel 30 auf der Unterseite nicht eben, sondern in entsprechender Weise profiliert ist wie die Unterseite des Rahmens 1 und deshalb in entsprechender Weise formschlüssig von oben her mit dem Rahmen 1 zusammengefügt werden kann, wobei die an der Unterseite des Deckels vorgesehenen Absätze 41 dazu dienen können, eine weitere Schaltungsträgerplatte 15a zwischen dem Deckel 40 und dem Rahmen 1 zu fixieren, vorzugsweise unter Zwischenfügen des dünnen Deckels 30, welcher in diesem Fall die Aufgabe einer Zwischenwand erfüllt (siehe Fig. 3).

Der in Fig. 2 dargestellte Grundaufbau des Gehäuses kann leicht erweitert werden, indem man auf den Rahmen 1 einen oder mehrere weitere Rahmen 1 aufsetzt, wobei man zweckmäßigerweise den Deckel 30 unter Abbrechen seines Randes 32 vorher herabdrückt. Ein um einen zweiten Rahmen erweitertes Gehäuse ist in Fig. 4 dar­ gestellt. Anstatt das Gehäuse gemäß Fig. 4 durch einen dünnen Deckel 30 abzuschließen, kann man es aber auch, wie in Fig. 3, durch den profilierten Deckel 40 abschließen und dadurch eine dritte Ebene schaffen, in welcher eine dritte Schaltungsträgerplatte 15b fixiert werden kann (siehe Fig. 5).

Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß ein Gehäuse, wie es in Fig. 2 oder in Fig. 4 dargestellt ist, auch noch nachträglich um weitere Einheiten erweitert werden kann.

So kann man z. B. das in Fig. 2 dargestellte Gehäuse durch Eindrücken der Deckelplatte 30, ohne sie ent­ fernen zu müssen, um einen Deckel 40 mit eingesetzter Schaltungsträgerplatte 15a erweitern und kommt dann zu dem in Fig. 3 dargestellten Aufbau. Auf entsprechen­ de Weise kommt man von dem in Fig. 4 dargestellten Gehäuseaufbau zu dem in Fig. 5 dargestellten.

Die Gehäuseteile können in an sich bekannter Weise miteinander verschweißt oder verklebt werden (siehe z. B. Fig. 11). Will man jedoch die Möglichkeit eines Zugangs zum Gehäuseinneren bewahren, dann müssen die Gehäuseteile miteinander verspannt werden, z. B. durch von oben nach unten durchgehende Spannschrauben. In diesem Fall wird an den Fügestellen zweckmäßigerweise eine umlaufende Dichtung vorgesehen, wofür in den Fig. 6 bis 10 verschiedene Beispiele dargestellt sind: In Fig. 6 eine Außendichtung, in Fig. 7 eine Innendich­ tung, in Fig. 8 eine innenliegende O-Ring-Dichtung und in Fig. 9 und 10 (Fig. 10 zeigt vergrößert eine Einzel­ heit aus Fig. 9) eine gepreßte Verzahnung, wobei die bei­ den zusammenzupressenden Flächen gezahnt sind und die Verzahnungen etwas gegeneinander versetzt sind, so daß sich eine Flankenpressung ergibt.

Claims (12)

1. Bauteilesatz für ein Gehäuse aus Kunststoff zum Aufnehmen von elektrischen Bauelementen, Sensoren und/oder Schaltungen,
mit einem Rahmen (1), in welchen elektrische Leiter (9, 10) eingebettet sind, die von innen nach außen durch den Rahmen (1) hindurchführen,
mit einem dem Rahmen (1) auf seiner Unterseite (2) anzufügenden Boden (20),
und mit einem dem Rahmen (1) auf seiner Oberseite (3) anzufügenden Deckel (30, 40),
dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite (2) und die Oberseite (3) des Rahmens (1) einander ergänzend in der Weise profiliert sind, daß zwei gleiche Rahmen (1) mit Unterseite (2) und Oberseite (3) i.w. spiel­ frei zusammengefügt werden können.

2. Bauteilesatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net,
daß er eine Dichtung (Fig. 6-8) enthält
und daß die Unterseite (2) und Oberseite (3) des Rahmens (1) so profiliert sind, daß zwischen zwei zu­ sammengefügten Rahmen (1) umlaufend ein Spalt zur Auf­ nahme der Dichtung (Fig. 6-8) besteht.

3. Bauteilesatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in den Boden (20) elektrische Leiter eingebettet sind, die von innen nach außen durch den Boden (20) hindurchführen.

4. Bauteilesatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Deckel (40) elektrische Leiter eingebettet sind, die von innen nach außen durch den Deckel hindurchführen.

5. Bauteilesatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (9, 10) Stanz-Biegeteile sind.

6. Bauteilesatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Rahmen (1) nach außen vorstehenden Enden (8) der Leiter (9, 10) zur Bildung eines Steckers in einem Gehäuseansatz (6) liegen.

7. Bauteilesatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (9, 10) im Innenraum des Rahmens (1) quer zur Rahmenebene abge­ winkelte Abschnitte (11, 12, 14) haben.

8. Bauteilesatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei Reihen von Leitern (9, 10) in zu­ einander parallelen Ebenen den Rahmen (1) durchqueren und im Innenraum in entgegengesetzte Richtungen abge­ winkelt sind.

9. Bauteilesatz nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Deckel (30) eben ist und punktförmige Sollbruchstellen (33) zum Bilden von Öffnungen für den Durchtritt der abgewinkelten Enden (12, 14) der Leiter hat.

10. Bauteilesatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (30) eine umlaufende Sollbruchstelle (31) und der Rahmen (1) auf seiner Oberseite (3) einen dazu passenden innen­ liegenden Absatz (19) hat.

11. Bauteilesatz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Deckel (40) an seiner Unterseite ein zur Oberseite des Rahmens (1) passendes Profil hat.

12. Bauteilesatz nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Deckel (40) Raum zum Auf­ nehmen einer Schaltungsträgerplatte (15a) hat.