Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer Leiterplatte an einem Trägerbauteil, insbesondere an einem Bauteil eines Drosselklappenstellers, wobei ein Leiterplattenabschnitt über eine elektrische Verbindung mit einem Trägerbauteilabschnitt leitend verbunden und an der Leiterplatte mindestens eine Positionieröffhung ausgebildet ist, die auf einen Positionierstift am Trägerbauteil aufgesetzt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches Gerät, insbesondere einen Drosselklappensteller, mit zwei relativ zueinander zu positionierenden Bauelementen, von denen eines an einer Leiterplatte und das andere an einem die Leiterplatte abstützenden Trägerbauteil angeordnet ist.

Bei elektrischen Geräten und insbesondere bei Drosselklappenstellern besteht oftmals die Notwendigkeit, dass an einem Trägerbauteil eines solchen Geräts eine Leiterplatte ortsfest angebracht und zugleich mit einem Abschnitt des Trägerbauteils elektrisch verbunden werden muss.

Derart angeordnete Leiterplatten dürfen ferner oftmals nur sehr geringe Lagetoleranzen aufweisen. Diese Anforderung ergibt sich insbesondere dann, wenn an der Leiterplatte ein Bauelement angeordnet ist, welches relativ zu einem Bauelement am Trägerbauteil ausgerichtet und positioniert sein muss, so wie es eben gerade an Drosselklappenstellern der Fall ist, an denen ein ortsfestes Sensorelement an der Leiterplatte präzise in Bezug auf ein bewegliches Sensorelement am Trägerbauteil angeordnet sein muss.

Im Stand der Technik sind verschiedene Lösungen zum Anordnen und Anschließen von Leiterplatten an Trägerbauteilen bekannt. So werden Leiterplatten beispielsweise eingeklebt und durch Bonden kontaktiert. Solche Lösungen sind zwar inzwischen technisch sehr ausgereift und daher entsprechend weit verbreitet, sie sind aber dennoch vergleichsweise aufwendig und damit teuer.

Aufgabe und Lösung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Anordnung der eingangs genannten Art und ein damit versehenes elektrisches Gerät kostengünstiger und einfacher herstellbar zu gestallten. Zugleich müssen die bestehenden und sich in Zukunft ergebenden Vorgaben hinsichtlich einer hohen Betriebssicherheit über die Lebensdauer des elektrischen Geräts hinweg gewährleistet sein.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer gattungsgemäßen Anordnung einer Leiterplatte an einem Trägerbauteil gelöst, bei der der Positionierstift derart in die Positionieröffnung eingefügt ist, dass durch eine plastische Verformung von zumindest einem dieser Elemente sowohl eine Fixierung der Leiterplatte an dem Trägerbauteil als auch die elektrische Verbindung zwischen dem Leiterplattenabschnitt und dem Trägerbauteilabschnitt geschaffen ist. Ferner ist die Aufgabe mit einem gattungsgemäßen elektrischen Gerät gelöst, bei dem die Leiterplatte mit einer derartigen erfindungsgemäßen Anordnung an dem Trägerbauteil befestigt ist und dabei die beiden genannten Bauelemente relativ zueinander positioniert sind.

Ein wichtiger Grundgedanke der Erfindung liegt darin, dass durch eine gezielte Ausgestaltung einer Verbindung aus Positionierstift und Positionieröffnung sowohl eine elektrische

Kontaktierung als auch eine Befestigung der Leiterplatte an deren Trägerbauteil geschaffen ist. Auf diese Art und Weise sind die Funktionen "Befestigung" und "Kontaktierung" miteinander in nur einer Baugruppe kombiniert und es ist darüber hinaus die Grundlage geschaffen, um zugleich auch Bauelemente präzise relativ zueinander zu positionieren, die einerseits an der Leiterplatte und andererseits an dem Trägerbauteil angeordnet sind.

Mit der derart gestalteten Anordnung ist erfindungsgemäß eine kostengünstige und einfache Montage einer Leiterplatte an einem Trägerbauteil möglich, denn deren Montage kann im Wesentlichen auf nur einen einzigen Montageschritt reduziert werden. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß eine einfache und zugleich präzise Ausrichtung der Leiterplatte bei dem Einfügevorgang und der dabei stattfindenden plastischen Verformung von Positionieröffnung bzw. Positionierstift möglich.

Schließlich ist auch noch anzumerken, dass mit der erfindungsgemäßen Lösung eine Bauraumoptimierung möglich ist, denn erfindungsgemäß können entweder zusätzliche Kontaktierungen oder aber zusätzliche Befestigungen zwischen Leiterplatte und Trägerbauteil eingespart werden.

Um die Lage der erfindungsgemäß befestigten Leiterplatte zu sichern können an deren Trägerbauteil grundsätzlich entsprechende Anschläge vorgesehen sein. Im Gegensatz zu solchen Anschlägen ist es jedoch auch von Vorteil, wenn zumindest teilweise auf Anschläge verzichtet und die Lage der Leiterplatte an dem Trägerbauteil zumindest an einem Positionierstift allein durch den Aufschiebeweg der zugehörigen Positionieröffnung auf den Positionierstift festgelegt wird. Ein solches Positionieren der Leiterplatte ermöglicht es, dass deren Lage noch während der Montage beispielsweise in Abhängigkeit von Prüfergebnissen geringfügig angepasst wird.

Die erfindungsgemäß erzeugte Verbindung kann mit ähnlichen technischen Werkzeugen erzeugt werden, wie bekannte Rammkontaktierungen. So ist es gemäß der Erfindung auch von Vorteil, wenn die Positionieröffnung an ihrem Randbereich mindestens abschnittsweise mit elektrisch leitendem Material versehen ist, welches in elektrisch leitender Verbindung mit dem mindestens einen Leiterplattenabschnitt gebracht ist. Ferner sollte der Positionierstift vorteilhaft an seinem Mantelbereich mindestens abschnittsweise mit elektrisch leitendem Material versehen sein, welches in elektrisch leitender Verbindung mit dem mindestens einen Trägerbauteilabschnitt gebracht ist.

In eine derart gestaltete Positionieröffnung kann dann der entsprechend gestaltete Positionierstift derart eingerammt werden, dass durch eine plastische Verformung von mindestens einem Teil des elektrisch leitenden Materials an der Positionieröffnung und am Positionierstift die Leiterplatte

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am Trägerbauteil ortsfest gehaltert und ferner die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Leiterplatte und dem Trägerbauteil hergestellt wird.

Die Verbindung kann besonders vorteilhaft mit einer Leiterplatte geschaffen werden, welche mit einer Dicke von zirka 0,9 mm bis zirka 1,1 mm, insbesondere von zirka 1,0 mm versehen ist.

Das oben genannte elektrisch leitende Material am Randbereich der mindestens einen Positionieröffnung ist besonders vorteilhaft mittels mindestens einer elektrisch leitenden Schicht gestaltet, die in elektrisch leitender Verbindung mit dem Leiterplattenabschnitt gebracht und aus mindestens einem Material aus der Gruppe Gold, Nickel, Zink oder Kupfer gestaltet ist. Mit

Materialien dieser Gruppe kann eine dauerhaft stromleitende Verbindung geschaffen und zugleich ausreichende Festigkeit für eine ordnungsgemäße Positionierung der Leiterplatte am Positionierstift gewährleistet werden. Den als Schichten aufgebrachten Materialien können einzeln funktionale Schwerpunkte zugeordnet werden, wie beispielsweise Haftvermittlung, starke plastische Verformbarkeit, gute elektrische Anbindung oder hohe Korrosionsbeständigkeit, wodurch insgesamt eine auf mehrere Anforderungen gleichgut abgestimmte Verbindung zwischen den Bauteilen geschaffen werden kann.

Um die oben genannten erfindungsgemäß erwünschten Effekte in vorteilhafter Weise zu erreichen, sollte an der Positionieröffhung der Leiterplatte ein Schichtsystem ausgebildet sein, bei dem eine erste Schicht aus einer Kupferlegierung und nachfolgend eine zweite Schicht aus einer Zinklegierung oder nachfolgend eine zweite Schicht aus einer Nickellegierung sowie eine dritte Schicht aus einer Gold-Legierung vorgesehen sind.

Von diesen Schichten sollte vorteilhaft die Schicht aus einer Kupferlegierung mit einer

Schichtdicke von zirka 10 μm bis zirka 50 μm, bevorzugt von zirka 25 μm bis zirka 35 μm gestaltet sein.

Ferner sollte die Schicht aus einer Zinklegierung mit einer Schichtdicke von zirka 0,2 μm bis zirka 1,8 μm, bevorzugt von zirka 0,4 μm bis zirka 1,6 μm gestaltet sein.

Hinsichtlich der Schicht aus einer Nickellegierung ist es vorteilhaft, wenn diese mit einer Schichtdicke von zirka 2 μm bis zirka 10 μm, bevorzugt von zirka 4 μm bis zirka 8 μm gestaltet ist.

Die Schicht aus einer Goldlegierung sollte mit einer Schichtdicke von zirka 0,02 μm bis zirka 0,18 μm, bevorzugt von zirka 0,05 μm bis zirka 0,15 μm ausgebildet sein.

Im Gegensatz zu einem an der Leiterplatte ausgebildeten Schichtsystem sollte der erfindungsgemäß vorgesehene Positionierstift vollständig aus einem elektrisch leitenden Material gestaltet sein, welches in elektrisch leitender Verbindung mit dem Trägerbauteilabschnitt gebracht ist. Eine solche elektrische Verbindung kann beispielsweise mittels eines Stanzgitters hergestellt sein.

Mit einem solchen Stanzgitter kann dabei auf besonders kostengünstige Weise dann auch der mindestens eine Positionierstift selbst gestaltet werden. Zusätzliche Herstellungsschritte für den Positionierstift können auf diese Weise eingespart werden.

Hinsichtlich der geometrischen Gestaltung der erfindungsgemäßen Positionieröffnung ist es von Vorteil, wenn diese mit einer im Wesentlichen kreisrunden Öffnungsfläche versehen ist. Der erfindungsgemäß vorgesehene Positionierstift sollte hingegen mit einer im Wesentlichen rechteckigen Querschnittsfläche gestaltet sein. Die derartigen Querschnittsformen von

Positionieröffnung und Positionierstift können kostengünstig mit hoher Fertigungsgenauigkeit hergestellt werden. Bei einem Einpressen bzw. Einrammen des derart gestalteten Positionierstifts in eine zugehörige Positionieröffnung ergibt sich ferner eine besonders vorteilhafte plastische Verformung der Bauteile.

Um dauerhaft elektrische Verbindung zu schaffen, welche den Anforderungen auch über die Lebensdauer hinweg genügt, ist dabei der mindestens eine Positionierstift vorteilhaft mit einer im Wesentlichen rechteckigen Querschnittsfläche mit einem Längen-Breiten- Verhältnis von zirka 1,6 bis 2,0, insbesondere von zirka 1,8 gestaltet.

Der mindestens eine Positionierstift weist ferner vorteilhaft mindestens eine Längskante auf, an der ein Radius von zirka 0,1 mm bis 0,3 mm, insbesondere von 0,2 mm ausgebildet ist.

Zusätzlich oder auch alternativ sollten an dem mindestens einen Positionierstift Einführschrägen vorgesehen sein, mit denen das Einfuhren des Positionierstifts in die Positionieröffhung erleichtert wird. Diese Einfuhrschrägen sollten in Bezug auf die Längsachse des Positionierstifts einen Neigungswinkel von zwischen zirka 10 ° und zirka 12 °, insbesondere von zirka 11 ° aufweisen. Die Länge der Einfuhrschrägen sollte zirka 1,2 mm bis 1,8 mm, insbesondere zirka 1,5 mm betragen.

Um bei dieser Anpassung mit langen Hebelarmen arbeiten zu können, sollte die mindestens eine Positionieröffhung vorteilhaft in einem Eckbereich der Leiterplatte ausgebildet sein.

Wenngleich mit der erfindungsgemäßen Art der Befestigung einer Leiterplatte an einem Trägerbauteil grundsätzlich keine weiteren Befestigungsmittel mehr erforderlich sind, kann es bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung von Vorteil sein, wenn die Leiterplatte an dem Trägerbauteil zusätzlich mittels mindestens einer Heißgaskaltstempelverbindung befestigt ist.

Eine solche Verbindung kann beispielsweise dort vorgesehen werden, wo es zu keiner elektrischen Kontaktierung zwischen der Leiterplatte und deren Trägerelement kommen soll.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird ein Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnitten Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß gestalteten Drosselklappenstellers,

Fig. 2 eine Vorderansicht des Drosselklappenstellers gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Vorderansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß gestalteten Drosselklappenstellers, Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Teil des zweiten Ausführungsbeispiels und

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Teil des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels bei zwei aufeinander folgenden Fertigungsschnitten.

Detaillierte Beschreibung des Ausiuhrungsbeispiels

In den Fig. 1 und 2 ist ein erstes Ausfuhrungsbeispiel eines Drosselklappenstellers 10 veranschaulicht, der eine Leiterplatte 12 aufweist. Die Leiterplatte 12 ist an einem Trägerbauteil 14 in Gestalt eines Getriebegehäuses gehaltert.

Die Halterung ist mit Hilfe von insgesamt vier Positionierstiften 16 gestaltet, welche von dem Trägerbauteil 14 bezogen auf Fig. 1 nach links im Wesentlichen senkrecht abstehen und jeweils einzeln in eine von vier Positionieröffnungen 18 ragen. Die Positionieröffnungen 18 sind in jeweils einem der Eckbereiche der im Wesentlichen rechteckigen Leiterplatte 12 als Durchgangsbohrungen ausgebildet.

Mit den derart in den Positionieröffnungen 18 angeordneten Positionierstiften 16 ist die Leiterplatte 12 in einer x-Richtung, einer y-Richtung und auch in einer Drehrichtung α positioniert. Ferner ist aufgrund einer gezielt erzeugten Klemmwirkung der Positionieröffnungen 18 an den Positionierstiften 16 die Leiterplatte 12 auch in einer z-Richtung festgelegt. Durch diese Lagefestlegung ist zwischen der Leiterplatte 12 und einem Sensorelement 20, welches an dem Trägerbauteil 14 drehbar angeordnet ist, ein festes Maß 22 eingestellt. Dieses Maß 22 kann dabei während der Montage der Leiterplatte 12 an dem Trägerbauteil 14 feinjustiert werden, wodurch auf Fertigungstoleranzen insbesondere von Schleiffingern 24 Rücksicht genommen werden kann, welche von dem Sensorelement 20 abstehen. Die Schleiffinger 20 sollen an der fertig monierter Leiterplatte 12 an Leiterbahnabschnitten bzw. Leiterbahnen 26 mit vordefϊnierter Kraft zur Anlage gebracht werden.

Mit den Positionierstiften 16 und den Positionieröffnungen 18 ist außer der genannten

Lagefixierung der Leiterplatte 12 ferner eine elektrische Kontaktierung zwischen der Leiterplatte 12 und deren Trägerbauteil 14 geschaffen. Dabei sind die genannten Leiterbahnen bzw. Leiterplattenabschnitte 26 über die Positionieröffnungen 18 und die Positionierstifte 16 mit Trägerbauteilabschnitten 28 verbunden, welche in Form eines Stanzgitters in das aus Kunststoff hergestellte Trägerbauteil 14 eingespritzt sind. Dabei sind auch die Positionierstifte 16 bei der Stanzgitterherstellung ausgeformt worden.

In der Fig. 3 sind Details der Gestaltung der Positionieröffiiungen 18 sowie der Positionierstifte 16 des ersten Ausfuhrungsbeispiels veranschaulicht.

Die Positionieröffiiungen 18 in der Leiterplatte 12 gemäß der Fig. 3 sind an ihrem Randbereich 30 mit einem Schichtsystem aus drei metallischen Schichten versehen. Diese Schichten sind eine zirka 25 μm bis 50 μm dicke Kupferschicht 32, eine zirka 4 μm bis 8 μm dicke Nickelschicht 34 sowie eine zirka 0,05 μm bis 0,15 μm dicke Goldschicht 36. Bei diesem Schichtsystem übernimmt die Kupferschicht 32 insbesondere eine Haftvermittlungsaufgabe und ist besonders gut plastisch verformbar, während mit der Nickel- und der Goldschicht 34 bzw. 36 die dauerhafte elektrische Anbindung an den Positionierstift 16 einerseits und an die Leiterplatte 12 andererseits sichergestellt ist.

In der Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Drosselklappenstellers 10 veranschaulicht, dessen Leiterplatte 12 ebenfalls mit insgesamt vier Verbindungskontakten versehen ist, welche jeweils mittels eines Positionierstifts 16 und einer zugehörigen Positionieröffnung 18 gebildet sind. Diese Verbindungen sind jedoch nicht jeweils in einem der Eckbereiche der Leiterplatte 12 ausgebildet, wie es bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 der Fall ist, sondern die Verbindungen sind auf einen engen Teilbereich in einer der Ecken der Leiterplatte 12 konzentriert und es sind ferner in den weiteren Ecken jeweils so genannte Heißgaskaltstempelverbindungen 38 ausgebildet, mittels der die Leiterplatte 12 ausschließlich mechanisch an das Trägerbauteil 14 gekoppelt und relativ zu diesem positioniert ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist ferner ein berührungsloser Winkelsensor vorgesehen, bei dem keine Schleiffinger vorhanden sind. Dieses Merkmal des Winkelsensors ist jedoch in der Fig. 4 nicht explizit veranschaulicht. Erkennbar ist das Merkmal aber grundsätzlich an der Ausgestaltung des zugehörigen Schichtsystems an einer der Positionieröffnungen 18, welche in der zughörigen Detaildarstellung der Fig. 5 abgebildet sind. Dort ist zu erkennen, dass das Schichtsystem aus metallischen Schichten am Rand der Positionieröffnungen 18 nicht mit drei sondern lediglich zwei Schichten gestaltet ist. Diese Schichten sind eine zur Leiterplatte 12 gewandte Kupferschicht 32 sowie eine darüber angebrachte Zinkschicht 40. Die Kupferschicht 32 weist dabei eine Schichtdicke von zirka 25 μm bis 35 μm auf, während die Zinkschicht 40 zirka 1 μm +/- 0,2 μm dick gestaltet ist.

In der Fig. 6 ist die schließlich die Montage eines einzelnen Positionierstifts 16 in eine Positionieröffhung 18 anhand von zwei Skizzen veranschaulicht. Jede PositionieröfBiung 18 weist vor dem Einfügen eines Positionierstifts 16 eine im Wesentlichen kreisrunde Öffnungsfläche 42 auf, an deren Rand die oben genannten Schichtsysteme 30 ausgebildet und entsprechend Leiterbahnen 26 angeschlossen sind.

Der einzelne Positionierstift 16 ist hingegen mit einer im Wesentlichen rechteckigen Querschnittfläche 44 gestaltet. Mit dieser Querschnittsfläche 44 verformt der Positionierstift 16 beim Eintauchen in die zugehörige Positionieröffnung 18 zwei im Wesentlichen diametral gegenüberliegende Bereiche 46 plastisch, wodurch sich sowohl die bereits erläuterte mechanische Klemmung als auch die elektrische Kontaktierung zwischen Leiterplatte 12 und Trägerbauteil 14 ergibt. Damit es dabei an den Positionieröffhungen 18 nicht zu unerwünschten Beschädigungen und insbesondere nicht zu Rissbildungen kommt, ist der einzelne Positionierstift 16 am Endbereich jeweils mit Einführschrägen 48 und an Längskanten 50 mit Abrundungen oder Phasen gestaltet.

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10 Drosselklappensteller

12 Leiterplatte

14 Trägerbauteil bzw. Getriebegehäuse 16 Positionierstift

18 Positionieröffiiung

20 drehbares Sensorelement

22 Maß

24 Schleiferfinger 26 Leiterplattenabschnitt bzw. Leiterbahn

28 Trägerbauabschnitt bzw. Stanzgitter

30 Randbereich bzw. Schichtsystem

32 Kupferschicht

34 Nickelschicht 36 Goldschicht

38 Heißgaskaltstempelverbindung

40 Zinkschicht

42 Öffnungsfläche der Positionieröffiiung

44 Querschnittsfläche des Positionierstifts 46 plastisch verformter Bereich

48 Einführschräge

50 Längskante