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Dokumentenidentifikation DE102006025977B4 23.10.2008
Titel Steuergerät mit einem stirnseitig kontaktierten Schaltungsträger
Anmelder Siemens AG Österreich, Wien, AT
Erfinder Hellinger, Leopold, Ziersdorf, AT;
Neumann, Gerhard, St. Margarethen, AT
Vertreter Maier, D., Dipl.-Ing. Univ., Pat.-Ass., 85221 Dachau
DE-Anmeldedatum 02.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006025977
Offenlegungstag 06.12.2007
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.10.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.10.2008
IPC-Hauptklasse H05K 7/14(2006.01)A, F, I, 20060602, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01R 12/18(2006.01)A, L, I, 20060602, B, H, DE   H01R 13/74(2006.01)A, L, I, 20060602, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät, insbesondere ein Steuergerät für ein KfZ, mit einem im einem Innenraum eines Gehäuses angeordneten plattenförmigen Schaltungsträger, mit einem Steckerteil, das an einer Wand des Gehäuses ausgebildet ist und Steckerkontakte aufweist, welche in den Innenraum geführt sind und mit Leiterbahnen des Schaltungsträgers elektrisch verbunden sind.

Stand der Technik

Aus der DE 196 06 481 C1 ist ein Steuergerät für ein KfZ bekannt. Das Gehäuse besteht aus einer Grundplatte, einen Rahmen und einem Gehäusedeckel aus Kunststoff. Der Rahmen weist eine umlaufende Dichtung auf, so dass der Innenraum des Gehäuses hermetisch dicht ist. Im Innenraum des Gehäuses ist auf der Grundplatte ein Schaltungsträger mit elektronischen Bauelementen angeordnet. Der Schaltungsträger besteht aus einer auflaminierten flexiblen Folie. Im Gehäusedeckel sind metallische Leitungsdrähte eingebettet, die als Stanzgitter hergestellt sind. Aus dem Gehäusedeckel herausragende Enden der Leitungsdrähte sind zur Grundplatte hin abgewinkelt und jeweils in eine Öffnung einer in der Grundplatte ausgebildeten Einpresshülse gesteckt. Dadurch wird einerseits eine reibschlüssige Verbindung zwischen einem Leitungsdraht und einer Einpresshülse hergestellt, andererseits aber auch ein elektrischer Kontakt zwischen dem Leitungsdraht und der auf der Grundplatte auflaminierten flexiblen Leiterbahn des Schaltungsträgers hergestellt. Die Verbindung zwischen den Leitungsdrähten und den Leiterbahnen des flexiblen Schaltungsträgers erfordert einen entsprechenden Platzbedarf. Die Herstellung ist aufwändig.

Bei Betrieb des Kraftfahrzeuges ist ein solches Steuergerät rauen Betriebsbedingungen ausgesetzt. Es kann vorkommen, dass die über die Leitungsdrähte eingeleiteten mechanischen Beanspruchungen zum Versagen der elektrischen Verbindung führen. Der Funktionsumfang des Steuergerätes ist dann nicht mehr gewährleistet.

Aus der US 4,523,796 ist eine Verbindungsvorrichtung für Chip-Carrier bekannt. An einem plattenförmigen Schaltungsträger sind stirnseitig Kontaktflächen ausgebildet, die an Kontaktfedern, die an einem Steckerverbindungsteil ausgebildet sind, anliegen.

Aus der EP 0037621 A2 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der ebenfalls an einem plattenförmigen Schaltungsträger stirnseitig Kontaktflächen ausgebildet sind. An diesen Kontaktflächen liegen Kontaktfedern an, die an einer Gehäusewand ausgebildet sind.

Darstellung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuergerät zu schaffen, bei dem die elektrische Verbindung zwischen Anschlussleitungen und Leiterbahnen auf dem Schaltungsträger eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweist und billig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Steuergerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass nicht auf der Plattenebene sondern an einer Stirnseite eines plattenförmigen Schaltungsträgers Kontaktflächen ausgebildet sind. An jeder dieser Kontaktflächen liegt mit Federkraft eine Kontaktfeder an, die an einem in den Innenraum des Gehäuses ragenden Ende eines Steckerkontaktteils ausgebildet ist. Die elektrische Verbindung zwischen einer Kontaktfläche des plattenförmigen Schaltungsträgers und einer Kontaktfeder wird also durch Kontaktdruck auf die Stirnseite des Schaltungsträgers hergestellt. Diese federnde Kontaktierung an der Stirnseite beansprucht keinen Platz auf der Ober- oder Unterseite des Schaltungsträgers und ist weniger störanfällig.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Kontaktflächen in gleichem Abstand, zum Beispiel in einem Rastermaß angeordnet sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform kann dadurch gekennzeichnet sein, dass jede Kontaktfeder einen Biegeschenkel aufweist, der eine im Wesentlichen in Plattenebene des Schaltungsträgers gerichtete Federkraft erzeugt. Leitungsdrähte, die von außen an das Steuergerät herangeführt sind, sind dadurch von der Leiterplatte mechanisch entkoppelt. Für einen zuverlässigen elektrischen Kontakt ist diese elastische Druckkontaktierung besonders vorteilhaft.

Hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung der Kontaktfeder kann es von Vorteil sein, wenn diese U-förmig ausgebildet ist.

Hinsichtlich der Montage eines plattenförmigen Schaltungsträgers kann es günstig sein, wenn der zum Schaltungsträger liegende Schenkel der U-förmigen Kontaktfeder an seinem freien Ende zur Wand hin gebogen ist.

Wenn das freie Ende des Kontaktbügels an der Innenwandfläche des Gehäuses abgestützt ist, liegt der Kontaktbügel flächig und mit hoher Federkraft an der stirnseitigen Kontaktfläche des Schaltungsträgers an, so dass der elektrische Kontakt auch bei hohen Beschleunigungskräften aufrechterhalten bleibt.

Für eine kostengünstige Herstellung kann es vorteilhaft sein, wenn die Wand des Gehäuses aus einem polymeren Werkstoff hergestellt ist. Die Steckkontaktteile werden dann bei der Fertigung in die Kavität des Spritzgusswerkzeuges eingelegt und jedes Steckkontaktteil ist dann in einem Bereich der Durchführung durch die Wand von polymeren Material umschlossen. Damit ist neben der mechanischen Befestigung gleichzeitig eine dichte elektrische Durchführung gebildet.

Zur weiteren Senkung der Herstellungskosten kann es vorteilhaft sein, wenn der Steckerschacht des Steckerteils in das Gehäuse integriert ist. Dies kann in Spritzgusstechnik einfach dadurch erfolgen, indem Steckerschacht und Gehäuse aus einem Stück in einem einheitlichen Material, z. B. einem polymeren Werkstoff hergestellt werden.

Um zu verhindern, dass die Kontaktfedern beim Einbau des plattenförmigen Schaltungsträgers seitlich ausweichen, kann es von Vorteil sein, wenn jeder Kontaktbügel in einer Führungsnut geführt wird. Die Führungsnut kann beispielsweise durch innenseitig am Gehäuse angespritzte Rippen hergestellt sein.

Die Befestigung des plattenförmigen Schaltungsträgers im Innenraum des Gehäuses kann beispielsweise durch Stifte erfolgen, die ebenfalls innenseitig am Gehäuse angespritzt sind.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug genommen, aus denen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuergerätes, zur Steuerung des Getriebes eines Kraftfahrzeuges, in einer Explosionsdarstellung;

2 das erfindungsgemäße Steuergerät in einem zusammengebauten Zustand in einer teilweise geschnittenen Darstellung;

3 eine Seitenansicht des Steuergerätes gemäß 2, mit einer vergrößerten Darstellung des Details X, das die Druckkontaktierung zwischen Schaltungsträger und Federkontakten zeigt;

4 das Gehäuse mit abgehobenem Deckelteil, mit einer vergrößerten Darstellung des Details Y, das die zum Innenraum weisenden Kontaktfedern zeigt;

5 einen Schaltungsträger, an dessen Stirnseite abgewinkelte Kontaktstücke aufgelötet sind;

6 einen Schaltungsträger, an dessen Stirnseite eine verzinnte Kontaktfläche als Fortführung einer Leiterbahn ausgebildet ist.

Ausführung der Erfindung

In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steuergeräts zu sehen, wie es beispielsweise für eine Getriebesteuerung bei einem Kfz eingesetzt wird. Das Steuergerät 1 besteht im Wesentlichen aus einem plattenförmigen Schaltungsträger 3, der von einem Gehäuse 2, 9 hermetisch umschlossen wird. Der Schaltungsträger 3 kann beispielsweise eine herkömmliche Leiterplatte oder ein Schaltungsträger aus Keramik sein. Das Gehäuse besteht aus einem schalenförmigen Bodenteil 9 und einem Deckelteil 2. Das Bodenteil 9 ist aus Kunststoff in Spritzgießtechnik gefertigt. Das Deckelteil 2 weist in den Außenraum zeigende Kühlrippen auf, durch welche Bauelemente 12 auf dem Schaltungsträger 3 entwärmt werden. An einer Wand 4 des Bodenteils 9 sind Steckerteile 5 angeformt. Die Steckerteile 5 dienen zur steckbaren Aufnahme nicht näher dargestellter, von außen heran geführten Anschlussleitungen. In jedem Schacht eines Steckerteils 5 sind Steckkontaktteile 6 zu sehen, die in den Innenraum des Gehäuses geführt sind und einen elektrischen Kontakt zu Leiterbahnen auf dem Schaltungsträger 3 herstellen. Der Schaltungsträger 3 ist durch Stifte 10 (4), die in Bohrungen 11 der Trägerplatte 3 eingreifen, im Innenraum des Gehäuses befestigt. An einer zum Steckerteil 5 liegenden Stirnfläche 13 des Schaltungsträgers 3 sind Kontaktflächen 7 ausgebildet, deren erfindungsgemäße Druckkontaktierung mit den Steckerkontaktteilen 6 im Folgenden näher erläutert wird.

Die 2 zeigt das Steuergerät 1 in einem zusammengebauten Zustand. Im Bereich des Steckerteils 5 ist die Darstellung teilweise geschnitten. Leicht zu erkennen sind darin die Steckerkontaktteile 6, welche eine elektrische Durchführung durch die Wand 4 bilden. Jedes Steckerkontaktteil 6 ist dabei im Bereich der Durchführung von polymeren Werkstoff der Wand 4 umspritzt, das heißt jedes Steckkontaktteilen 6 ist durch die Einbettung in polymeren Werkstoff festgelegt und gleichzeitig die Durchführung dicht.

In der 3 ist eine Seitenansicht des Steuergerätes 1 gezeichnet, aus der das Detail X herausgerissen und vergrößert dargestellt ist. Wie aus dieser vergrößerten Darstellung des Details X leicht zu erkennen ist, weist jedes Steckerkontaktteil 6 einen im Innenraum 16 ausgebildeten U-förmigen Abschnitt auf. Die beiden Schenkel des U-förmigen Abschnitts zeigen in 3 nach oben. Ein zum Schaltungsträger 3 liegender Schenkel ist als Kontaktfeder oder Federkontakt 14 ausgebildet. Dieser Schenkel ist auch länger als der zur Wand 4 liegende Schenkel. Ein Endstück 17 des zum Schaltungsträgers 3 liegenden Schenkels ist an der inneren Fläche 19 der Wand 4 abgestützt. Dadurch bildet dieser Schenkel einen Kontaktbügel, der mit Federkraft auf eine stirnseitige Kontaktfläche 7 des plattenförmigen Schaltungsträgers 3 drückt. Die Federkraft wirkt dabei im Wesentlichen in Richtung der Ebene des plattenförmigen Schaltungsträgers 3. Auf diese Weise wird eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen den außenseitig am Gehäuse herangeführten Anschlussleitungen und den im Innenraum 16 angeordneten Schaltungsträger 3 hergestellt. Hinsichtlich mechanischer Erschütterungen ist diese elektrische Verbindung sehr robust. Bei Betrieb des Kraftfahrzeugs auftretende mechanische Wechselbeanspruchungen, die von den Anschlussleitungen her von außen über das Steckerteil 5 auf die Kontaktierung des Schaltungsträgers 3 übertragen werden, sind weitgehend mechanisch entkoppelt. Dadurch erhöht sich die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung.

Die 4 zeigt das schalenförmige Bodenteil 9 mit Blick in den Innenraum 16. (Der plattenförmige Schaltungsträger 3 ist in der 4 nicht dargestellt.) Im Bereich des Steckerteils 5 sind die Steckkontaktteile 6 durch die Wand 4 des Gehäuses hindurchgeführt. Das Detail Y ist wieder herausgerissen und vergrößert dargestellt. Die in den Innenraum 16 weisenden Federkontakte 14 sind in gleichem Abstand angeordnet. Jeder Federkontakt 14 ist seitlich durch eine Rippe 15 geführt. Die Rippen 15 sind an die Innenwandfläche 19 der Wand 4 des Gehäuses angespritzt. Die Stifte 10 greifen in Bohrungen 11 des Schaltungsträgers 3, so dass dieser im Innenraum 16 befestigt ist. Selbstverständlich kann an Stelle der Stifte 10 auch ein beliebig anderes Befestigungsmittel, wie beispielsweise Nieten oder Schrauben verwendet werden.

In der 5 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die stirnseitigen Kontaktflächen 7 durch Kontaktwinkel gebildet sind, die in SMD-Herstellungsverfahren aufgebracht und mit Leiterbahnen 8 verlötet wurden.

In der 6 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die stirnseitigen Kontaktflächen 7 in stirnseitigen Einbuchtungen des plattenförmigen Schaltungsträgers 3 angeordnet sind. Die Kontaktflächen 7 sind hier verzinnte Flächen, die eine Fortsetzung der Leiterbahn 8 bilden und in üblicher Weise, ähnlich wie eine Durchkontaktierung hergestellt werden.

Durch die erfindungsgemäße elastische Druckkontaktierung wird eine weitgehend ausfallsichere Kontaktierung zwischen Steckerkontaktteilen 6 und Leiterbahnen 8 auf dem Schaltungsträger 3 geschaffen. Der Anschluss des Steckers beansprucht auf der Ober- oder Unterseite des Schaltungsträgers 3 keinen Platz, so dass dieser für Bauelemente genutzt werden kann. Dies spart Kosten für die Leiterplatte. Das Steuergerät 1 kann kleiner und damit kostengünstiger gebaut werden. Darüber hinaus hat man den sonst üblichen Prozess des Einpressens von Kontaktstiften oder Schwalllöten gespart.

1
Steuergerät
2
Deckelteil
3
Schaltungsträger
4
Wand des Gehäuses
5
Steckerteil
6
Steckerkontaktteil
7
Stirnseitigen Kontaktfläche an 3
8
Leiterbahn
9
Bodenteil (Gehäuseschale)
10
Stift
11
Bohrung
12
Bauelement
13
Stirnfläche
14
Federkontakt
15
Rippe
16
Innenraum
17
Endstück
18
Kontaktbügel
19
Innenwandfläche


Anspruch[de]
Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, umfassend:

– einen plattenförmigen Schaltungsträger (3), der in einem Innenraum (16) eines Gehäuses (2, 9) mittels Befestigungsmittel (10) befestigt ist,

– ein Steckerteil (5), das an einer Wand (4) des Gehäuses (2, 9) ausgebildet ist und Steckerkontaktteile (6) aufweist, die jeweils mit zugeordneten Leiterbahnen (8) auf dem Schaltungsträger (3) elektrisch verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet,

– dass am Schaltungsträger (3) stirnseitig Kontaktflächen (7) ausgebildet sind,

– dass jedes Steckerkontaktteil (6) durch die Wand (4) des Gehäuses (2,9) geführt ist und innenseitig als Kontaktfeder (14) ausgebildet ist, welche an einer zugeordneten Kontaktfläche (7) durch Federkraft anliegt.
Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (7) an einer Innenwandfläche (19) der Wand (4) in einer Reihe und gleich beanstandet angeordnet sind. Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kontaktfeder (14) einen Biegeschenkel bildet, der eine im Wesentlichen in Plattenebene des Schaltungsträgers (3) gerichtete Federkraft erzeugt. Steuergerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kontaktfeder (14) U-förmiger ausgebildet ist. Steuergerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Schaltungsträger (3) liegender Schenkel der U-förmigen Kontaktfeder (14) als Kontaktbügel (18) ausgebildet ist, der an seinem freien Endstück (17) eine zur Wand (4) gerichtete Biegung aufweist. Steuergerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Endstück (17) des Kontaktbügels (18) an der Innenwandfläche (19) der Wand (4) abgestützt ist. Steuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (4) aus polymerem Material hergestellt ist und jedes Steckerkontaktteil (6) in einem Bereich der Durchführung durch die Wand (4) von polymerem Material umspritzt ist. Steuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckerteil (5) einen Steckerschacht aufweist, der einstückig und materialeinheitlich aus dem polymeren Material der Wand (4) hergestellt ist. Steuergerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Kontaktfeder (14) seitlich eine Führung vorgesehen ist. Steuergerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung durch Rippen (15) gebildet ist und die Rippen (15) an der Innenwandfläche (19) der Wand (4) angespritzt sind. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (10) als Stifte ausgebildet sind, die in Bohrungen (10) des Schaltungsträgers (3) eingreifen. Steuergerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (10) einstückig mit einem Bodenteil (9) des Gehäuse ausgebildet sind.






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