Beschreibung

Masseanschluss mit Vibrationsdämpfer für elektronische Geräte

Die Erfindung betrifft einen Masseanschluss für elektronische Geräte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Masseanschlusses, insbesondere für Getriebe- oder Motorsteuerungen in der Automobilindustrie .

Stand der Technik

Moderne 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 durch die ständige Vibrationsbelastung mechanisch anspruchsvolle Umgebung des Motors oder Getriebes im Vordergrund. Daher ist es unerläss- lich, dass die empfindlichen Elektroniken soweit wie möglich vor diesen Einflüssen geschützt werden. Daneben spielen die strengen Vorgaben zur elektromagnetischen Abschirmung eine immer größer werdende Rolle, da insbesondere im Motorraum ei- ne Vielzahl von Elektroniken und Computerteilen zusammenge- fasst werden. Gerade die Konzeption der Masseanschlussstellen der Elektroniken stellt eine große Herausforderung dar.

Es sind verschiedene Konzepte bekannt, den Massenanschluss für elektronische Geräte zum Beispiel der Motorsteuerung an dem Motorblock zu befestigen. So wird häufig einfach eine konfektionierte Leitung wie beispielsweise eine Kupferlitze

mit einer Ose versehen, die anschließend an das Chassis oder den Motorblock geschraubt werden kann.

Ein solcher herkömmlicher Masseanschluss zeigt mehrere Nach- teile. Einerseits kann es zu Montagefehlern bei der Geratemontage oder spater bei der Reparatur kommen. Dies fuhrt möglicherweise zur Erhöhung des elektrischen Ubergangswider- stands der Masseanbindung und zu Störungen im Gerat. Andererseits erfordert diese Art der Masseanbindung eine relativ große Zahl von einzelnen Teilen, die nacheinander montiert werden müssen und damit zu einem erhöhten Montageaufwand.

Die DE 101 36 361 Al beschreibt ein Konzept zur elektrischen Kontaktierung einer Folienleitung mit Massepotential. Dazu ist ein als Gewinde ausgestalteter Massebolzen am Gehäuse und eine spezielle, mehrteilige Flugelschraube vorgesehen, die in einem flachen Bereich eine Aufnahme für Folienleiter aufweist. Gleichzeitig kann zudem noch ein herkömmlicher Rundleiter mit der Schraube befestigt und kontaktiert werden.

Auch die DE 10 2004 041 169 B3 beschreibt eine Anordnung zur Masseanbindung eines elektrischen Schaltungstragers . Es wird vorgeschlagen, zwischen einem Schaltungstrager und dem Masseleiter eine Steckverbindung mit einem Pin und einer passen- den Ausnehmung auf der Gehauseseite vorzusehen, wobei die

Steckverbindung als Presspassung ausgebildet ist. Anzahl und Form der Massepins können dabei flexibel ausgestaltet werden.

Nachteilig bei den so ausgebildeten Masseanschlüssen ist, dass sich dieses Konzept nur auf die jeweils speziellen Masse-Kontaktierungen mittels einer an der Gehauseseite vorzusehenden Aufnahme anwenden lasst. Damit setzen diese Konzepte per se voraus, dass ein spezieller Masseanschluss entweder als Gewindebolzen oder als Ausnehmung am Masseleiter ausge- bildet sein muss. Dies erfordert zudem eine erhöhte Passge-

nauigkeit der Anordnung des gesamten Bauteils relativ zum speziellen Anschluss des Masseleiters.

Darüber hinaus sind die bekannten Masseanschlüsse wenig flexibel und daher im Laufe der gesamten Lebensdauer fehleranfällig, wenn es sich um stark vibrationsbelastete Gehäuse und Bauteile handelt.

In diesem Zusammenhang sind in der jüngsten Vergangenheit verschiedene Schwingungsdämpfer zur Aufhängung einer Steuerelektronik an Gehäusen entwickelt worden.

So ist aus der DE 199 51 265 Al ein Schwingungsdämpfer mit einem Dämpfungskörper aus elastischem Material bekannt, der von einem tassenförmigen Metallteil umgeben ist. Vorzugsweise ist der Innenraum des halbschaligen Metallteils durch ein flexibles Teil abgeschlossen, welches insbesondere aus einem elektrisch leitenden Gewebe bestehen kann. Auf diese Weise sorgt es für eine gut leitende Verbindung zwischen den beiden zueinander entgegengesetzt angebrachten Metallbolzen, die zur Befestigung des Schwingungsdämpfers am Gehäuse dienen. So kann eine Masseanbindung über das elektrisch leitende Gewebe hergestellt werden.

Nachteilig an dieser Weiterentwicklung der Masseanbindung ist die Tatsache, dass sie aufgrund des elektrisch leitenden Gewebes möglicherweise nicht ausreichend robust ist, um über die gesamte Lebensdauer des Motors oder des Getriebes in der sowohl mechanisch als auch chemisch und temperaturbedingt ag- gressiven Umgebung einwandfrei zu kontaktieren. Zudem ist dieser Aufbau eines Schwingungsdämpfers aufwendig und erfordert den passgenauen Einsatz des kostspieligen SpezialGewebes .

Aufgabenstellung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein vereinfachtes Konzept zur Masseanbindung von vibrationsbelasteten elektronischen Bauteilen bereit zu stellen, das eine vereinfachte Montage erlaubt und gleichzeitig eine hohe Lebensdauer aufweist.

Dies wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung entsprechend des Patentanspruchs 1 erreicht.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Masseanschluss für vibrationsbelastete elektronische Bauteile zur Verfügung zu stellen, der eine Metallbuchse und ein elastisches Dämpfungselement aufweist, wobei innerhalb der Metallbuchse mit dem elastischen Dämpfungselement ein oder mehrere elektrisch leitende Spiralfedern eingepasst sind, welche zwischen dem e- lektronischen Bauteil und dem Masseträger eine elektrisch leitende Verbindung herstellen können.

Das Masseanschlusssystem der vorliegenden Erfindung weist gegenüber den bisher bekannten Masseanschlüssen den entscheidenden Vorteil auf, dass es keine aufwendigen und teueren Materialien zur Herstellung benötigt. Der Aufbau aus mindestens einer Spiralfeder und dem Grundträger mit Dämpfungselement erlaubt zudem eine kostengünstige und flexible Anpassung des Anschlusssystems an unterschiedliche Vorgaben beispielsweise zur Dimensionierung und Beabstandung des Motorblocks und der Steuerungselektronik. Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße System aufgrund der eingesetzten Materialien eine hohe Lebensdauer und eine ausgezeichnete Widerstandfähigkeit gegenüber sowohl mechanischen als auch umweltbedingten Einflüssen. Mittels einer oder mehrerer integrierter Spiralfedern aus einem elektrisch leitenden Material kann sowohl eine Aufnahme der Schwingungen als auch ein Masseanschluss zum Masse- träger hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Anordnung

bietet mithin neben einer erhöhten Zuverlässigkeit auch eine erleichterte Montage ohne Fehleranfalligkeit . Zudem stellt die Integration der Spiralfeder einen erheblich vereinfachten Aufbau sicher.

Die Metallbuchse kann ebenso wie das elastische Dampfungselement in ihrer Gestalt und Dimension an die Vorgaben des e- lektronischen Bauteils und des Massetragers angepasst werden. Bevorzugt wird die Metallbuchse aus einem elektrisch leiten- den Metallblech, beispielsweise Stahlblech gefertigt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Metallbuchse Offnungen im Bereich der Spiralfedern derart aufweisen, dass die Spiralfedern durch die Offnungen mit dem Massetrager in Kontakt kommen.

Zur Einhaltung der Vorschriften zur Elektromagnetischen Abschirmung der einzelnen Elektroniken wird das elastische Dampfungselement bevorzugt aus einem Isoliermaterial gefertigt. Besonders bevorzugt besteht das Dampfungselement aus Gummi oder Silikonen.

Ein erfindungsgemaßer Masseanschluss eines vibrationsbelaste- ten elektronischen Bauteils kann besonders bevorzugt als Bestandteil eines Anschlusses für eine Steuerelektronik, insbe- sondere für Getriebe und/oder für Motoren, in der Automobilindustrie verwendet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand von zwei Ausfuhrungsvarianten in Verbindung mit den Zeichnun- gen erläutert.

In dieser zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Draufsicht auf ein erfindungsge- maßes Masseanschlusssystem,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines montierten Masseanschlusssystems aus Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Draufsicht auf eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemaßen Masseanschlusssystems, und

Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines montierten Masseanschlusssystems aus Fig. 3.

Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Draufsicht ein erfin- dungsgemaßes Masseanschlusssystem 1. Das Masseanschlusssystem 1 weist im zusammengesetzten Teil A eine Metallbuchse 2 und ein elastisches Dampfungselement 4 mit zwei eingepassten e- lektrisch leitenden Spiralfedern 3 auf. Die Metallbuchse 2 kann ringförmig ausgestaltet sein, wobei in der gezeigten Ausfuhrungsform an den Metallring an seinem inneren Umfang zusatzlich ein rohrformiger Fortsatz ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich vorteilhafterweise eine Durchtrittsoffnung 5, durch die ein Befestigungselement 7, beispielsweise eine Zylinderschraube, hindurch gefuhrt werden kann. Auf die Metallbuchse 2 als Grundtrager kann das Dampfungselement 4 mit den eingepassten Spiralfedern 3 aufgesetzt werden. Das Dampfungselement 4 ist vorzugsweise aus isolierendem Material, beispielsweise Gummi gefertigt. Das Dampfungselement 4 kann zweckmaßigerweise ebenfalls ringförmig ausgestaltet und in seinen Dimensionen an die Metallbuchse 2 und die jeweiligen Anforderungen angepasst sein. Vorteilhafterweise kann das Dampfungselement 4 formschlussig auf die Metallbuchse 2 aufgesetzt sein, so dass ein sicherer Sitz des Dampfungselements 4 und damit auch der kontaktierenden Spiralfedern 3 gewahrleistet ist. Der rohrformige Fortsatz der Metallbuchse 2 kann über das Dampfungselement 4 im zusammengesetzten Zustand hinausragen. Der dann überstehende Teil der Metallbuchse 2 kann, sofern erforderlich, zusatzlich mit einem isolierenden Mate- rial überzogen sein. Dieser isolierende überzug kann in einem

Stück mit dem Dämpfungselement 4 gefertigt sein. Zum Teil A kann optional ein Teil B als Gegenstück 9 vorgesehen werden. Dies kann ebenfalls ringförmig ausgestaltet sein und auf den rohrförmigen Fortsatz der Metallbuchse 2 formschlüssig aufge- setzt werden. Das Gegenstück 9 kann der Befestigung an einem vibrationsbelasteten Bauteil, beispielsweise als Unterlegscheibe für eine Schraube und/oder zur Anpassung an die Dimensionen, zum Beispiel zum Höhenausgleich oder zur Beabstan- dung von Bauteilen im montierten Zustand, dienen. Zudem kann dieses Gegenstück 9 auch ein Dämpfungselement 10 umfassen und somit zusätzlich zur Dämpfung von auftretenden Vibrationen beitragen .

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines montierten Masse- anschlusssystems aus Fig. 1 zur Verbindung eines elektronischen Bauteils 6, beispielsweise einer Motorsteuerung mit einem Masseträger 8. Der Masseträger 8 kann zum Beispiel ein Motorblock sein. Auf den Masseträger 8 kann Teil A des Masseanschlusssystems aufgesetzt sein. Die Spiralfedern 3, die in das Dämpfungselement 4 eingepasst sind, kontaktieren mit dem darüber angeordneten elektronischen Bauteil 6. Vorteilhafterweise können die Spiralfedern 3 sowohl die Aufgabe der Kon- taktierung als auch zusätzlich flexibel auf auftretende Vibrationen reagieren. Dies erhöht erheblich die Langzeitstabi- lität des Masseanschlusses. Der rohrförmige Fortsatz der Metallbuchse 2 kann dabei formschlüssig vom elektronischen Bauteil 6 umgeben sein. Dies hat den Vorteil, dass eine seitliche Relativbewegung bei einer auftretenden Vibration unterbunden werden kann. Oberhalb des elektronischen Bauteils 6 kann Teil B des Masseanschlusssystems 1 aufgesetzt werden. Mit einem Befestigungsmittel 7, beispielsweise einer Zylinderschraube, kann durch die Durchtrittsöffnung 5 der gesamte Verbund aus Masseanschlusssystem 1 und elektronischem Bauteil 6 sicher am Masseträger 8 angebracht werden.

Fig. 3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine andere Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Masseanschlusssystems 1. Das Masseanaschlusssystem 1 weist in dieser Ausgestaltung als Teil A eine Metallbuchse 2 und ein elastisches Dampfungs- element 4 mit zwei eingepassten elektrisch leitenden Spiralfedern 3 auf, wobei die Spiralfedern 3 durch Offnungen 11 auf der Stirnseite der Metallbuchse 2 durchtreten und herausragen können. In dieser Ausgestaltung kann die Spiralfeder 3 direkt an einen Massetrager 8 kontaktieren. Der weitere Aufbau ent- spricht dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau des Masseanschlusssystems 1.

Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines montierten Masseanschlusssystems 1 aus Fig. 3 zur Verbindung eines elektroni- sehen Bauteils 6, beispielsweise einer Motorsteuerung mit einem Massetrager 8. Der Massetrager 8 kann zum Beispiel ein Motorblock sein. Auf den Massetrager 8 kann Teil A des Masseanschlusssystems 1 aufgesetzt sein. Die Spiralfedern 3, die in das Dampfungselement 4 eingepasst sind und an seiner unte- ren Seite auch durch die Offnungen 11 in der Stirnseite der

Metallbuchse 2 hindurch treten, können vorteilhafterweise das darüber angeordnete elektronische Bauteil 6 direkt mit dem Massetrager 8 kontaktieren. Der weitere Aufbau entspricht dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau des montierten Masseanschlusssys- tems 1.

Zusammenfassend wird aufgrund des erfindungsgemaßen Masseanschlusssystems erstmals die Herstellung von einem Massean- schluss für vibrationsbelastete elektronische Bauteile an ei- nen Massetrager bereit gestellt, in dem mittels einer oder mehrerer integrierter Spiralfedern aus einem elektrisch leitenden Material ein Masseanschluss zum Massetrager hergestellt werden kann. Die erfindungsgemaße Anordnung bietet mithin neben einer erhöhten Zuverlässigkeit auch eine er- leichterte Montage ohne Fehleranfalligkeit . Zudem stellt die

Integration der Spiralfeder einen erheblich vereinfachten Aufbau sicher.