Gerät und Verfahren zum Herstellen eines Geräts

Die Erfindung betrifft ein Gerät und ein Verfahren zum Herstellen eines Geräts mit einem Gehäuse und mit einem Rahmen ^¬ element, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und das mindestens ein Bauelement aufnimmt. Ein derartiges Gerät kann beispielsweise eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftma- schine oder auch eine Steuervorrichtung für eine elektrisch stellbare Bremse eines Fahrzeugs sein, die einen elektromoto ^¬ rischen Stellantrieb nutzt, um eine Bremskraft zu erzeugen, die den jeweiligen Bremsen an Rädern eines Fahrzeugs zugeführt wird.

Aufgrund des häufig nur geringen zur Verfügung stehenden Bauraums für das Gerät, ist es eine Herausforderung, das Gerät möglichst kompakt auszubilden.

Unter http : //www.basf .de/basf/img/dienst1/bauteil/images/laserstrah lschweissen.pdf ist eine technische Information zum Laser ^¬ strahlschweißen von Thermoplasten im Durchstrahlverfahren elektronisch abrufbar. Aus dem Dokument ist es bekannt, dass der Fügeprozess beim Laserstrahlschweißen auf der Umwandlung von Strahlungsenergie in Wärme durch Absorption in dem ent ^¬ sprechenden Material führt und dadurch eine lokal begrenzte Schmelze in der Fügezone gebildet wird. Eine kurzwellige Inf ^¬ rarotstrahlung soll das obere transmittierende Fügeteil mög- liehst ungehindert durchdringen und in einem unteren Fügeteil in einer Tiefe von 0,1 bis 0,5 mm vollständig absorbiert und in Wärme umgewandelt werden. Durch den Energieeintrag wird das untere Fügeteil im Bereich der Absorption erwärmt und

aufgeschmolzen. Die Schmelzbildung bewirkt einen Wärmeübertrag zwischen den beiden Fügeteilen und so wird auch das für die Laserstrahlung durchlässige Fügeteil aufgeschmolzen. Die Intensität der Absorption wird sowohl von dem gewählten Werk- Stoff und seinen Zusätzen als auch von der Wellenlänge der Strahlungsquelle bestimmt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es gemäß eines ersten Aspekts, ein Verfahren zum Herstellen eines Geräts zu schaffen, mit- tels dessen einfach ein kompaktes Gerät hergestellt werden kann. Die Aufgabe der Erfindung ist es gemäß eines zweiten Aspekts, ein Gerät zu schaffen, das kompakt ist.

Die Erfindung zeichnet sich gemäß eines ersten Aspekts aus durch ein Verfahren zum Herstellen eines Geräts mit einem Gehäuse und einem Rahmenelement, das innerhalb des Gehäuses an ^¬ geordnet ist, das mindestens ein Bauelement, insbesondere ein elektrisches oder elektronisches Bauelement, aufnimmt und das mindestens einen Biegearm aufweist. Der Biegearm wird so aus- gebildet, dass ein Kontaktbereich des Biegearms in einem, insbesondere frei, montierten Zustand innerhalb des Gehäuses an einem Kontaktbereich einer Wandung des Gehäuses mit Vorspannung anliegt. Der Biegearm ist dazu bevorzugt elastisch biegbar und so ausgebildet, dass er in dem frei montierten Zustand innerhalb des Gehäuses elastisch ausgelenkt wird durch eine Wandung des Gehäuses und somit dieser mit Vorspan ^¬ nung anliegt.

Der Biegearm wird mittels Durchstrahllaserschweißens stoff- schlüssig mit dem Gehäuse verbunden und wird durch Beauf ^¬ schlagen des Geräts mit einem Laserstrahl vorgegebener Wellenlänge derart, dass der Laserstrahl durch das Gehäuse hin zu dem Kontaktbereich des Biegearms transmittiert wird. Das

Gehäuse wird zumindest in einem Bereich, durch den der Laserstrahl transmittiert wird, aus einem Material hergestellt, das transparent ist für die vorgegebene Wellenlänge des La ^¬ serstrahls. Der Kontaktbereich des Biegearms wird aus einem Material hergestellt, das absorbierend ist für die vorgegebe ^¬ ne Wellenlänge des Laserstrahls. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Gerät besonders kompakt ausgebildet werden kann und gleichzeitig auch ein zuverlässiges Fixieren des Rahmenelements einfach möglich ist, auch wenn es voll- ständig von dem Gehäuse umschlossen ist. Durch das Anliegen des Kontaktbereichs des Biegearms an der Wandung des Gehäuses mit Vorspannung kann überraschend einfach eine zuverlässige und hochwertige Schweißverbindung gewährleistet werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Biegearm so elastisch ausgebildet, dass er mit einer vorgegebenen Vorspannung in dem montierten Zustand an dem Kontaktbereich des Gehäuses anliegt und andererseits steif genug ist, um Schwingungen zu kompensieren, denen das Rahmenelement ausgesetzt ist. So kann zum einen einfach eine sehr hochwertige und zuverlässige Schweißverbindung sichergestellt werden bei einer gleichzeitig geringen Wahrscheinlichkeit einer me ^¬ chanischen Beschädigung des Rahmenelements während des Be ^¬ triebs, insbesondere bei einem Einsatz in einem Kraftfahr- zeug, bei dem das Gerät hohen Schwingungsbelastungen ausgesetzt sein kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird an dem Kontaktbereich des Biegearms eine Nase aus- gebildet. Auf diese Weise kann sowohl die Vorspannung einfach geeignet eingestellt werden, es kann eine günstige Massenver ^¬ teilung des beim Durchstrahlschweißen zu schmelzenden Materials einfach erreicht werden und ein im Vergleich zum Nicht-

Vorhandensein der Nase größerer Bereich zum Schweißen genutzt werden. Dies hat den Vorteil, eine definierte Kontaktkontur ausgebildet ist auch bei unterschiedlicher Biegung des Biegearms. So ist beispielsweise bei einer Teilkugelförmigen Aus- bildung der Nase die Kontaktkontur lediglich abhängig von dem Radius der Teilkugel.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Schirmkörper an dem Biegearm ausgebildet, der abgewandt ist von dem Kontaktbereich des Gehäuses in Bezug auf den Kontaktbereich des Biegearms und der in der Flucht des Kontaktbereichs des Gehäuses sich über den Kontaktbereich des Biegearms hinaus erstreckt. Auf diese Weise kann bei ei ^¬ ner Fehlpositionierung des Laserstrahls die Wahrscheinlich- keit einer Beschädigung des mindestens einen Bauelements sig ^¬ nifikant verringert werden. Auf diese Weise kann beim Her ^¬ stellen eine geringere Ausfallrate gewährleistet werden, ins ^¬ besondere falls das Rahmenelement mehrere Biegearme aufweist und so auch bei einem inkorrekten Fixieren eines einzelnen Biegearms die Zuverlässigkeit des Geräts einfach gewährleis ^¬ tet werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Durchstrahllaserschweißen in Form des Simul- tan-Durchstrahllaserschweißens .

Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Gerät mit einem Gehäuse und einem Rahmenelement, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, das mindestens ein Bauelement aufnimmt und das mindestens einen Biegearm auf ^¬ weist, wobei der Biegearm so ausgebildet ist, dass ein Kon ^¬ taktbereich des Biegearms in einem montierten Zustand innerhalb des Gehäuses an einem Kontaktbereich einer Wandung des

Gehäuses mit Vorspannung anliegt. Der mindestens eine Biege ^¬ arm ist mittels Durchstrahllaserschweißens Stoffschlüssig mit dem Gehäuse verbunden. Das Gehäuse ist zumindest in einem Be ^¬ reich, durch den zum Durchstrahlschweißen ein Laserstrahl transmittiert wird, aus einem Material hergestellt, das transparent ist für die vorgegebene Wellenlänge des Laser ^¬ strahls. Ein Kontaktbereich des Biegearms, in dem der Biege ^¬ arm mit dem Gehäuse verschweißt ist, ist aus einem Material hergestellt, das absorbierend ist für die vorgegebene Wellen- länge des Laserstrahls. Das Gehäuse und seine vorteilhaften

Ausgestaltungen korrespondieren zu dem Verfahren zum Herstellen des Gehäuses. Das Gleiche gilt für die Vorteile.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Gerät,

Figur 2 einen Querschnitt durch das Gerät gemäß Figur 1 längs einer Linie II, II ¹ ,

Figur 3 eine dreidimensionale teilweise Schnittdarstellung eines Teils des Geräts gemäß der Figur 1 und

Figur 4 ein Ablaufdiagramm des Ablaufs beim Herstellen des Geräts .

Ein Gerät (Figur 1) umfasst ein Gehäuse 1, das ein Grundteil 2 und einen Deckel 4 umfasst. Der Deckel 4 und das Grundteil 2 sind bevorzugt aus einem Kunststoff hergestellt, so z. B. aus einem thermoplastischen Kunststoff, wie PBT GF30. In dem Gehäuse ist eine Platte 6 aufgenommen, die bevorzugt aus Alu ^¬ minium besteht. Die Platte 6 liegt auf dem Grundteil 2 auf.

Ferner ist ein Rahmenelement 8 in das Gehäuse eingebracht, das einen Stützfuß 10, mindestens einen Biegearm 12 und einen Aufnahmebereich 14 umfasst. Das Rahmenelement 8 umfasst als Material bevorzugt auch Kunststoff, insbesondere einen ther- moplastischen Kunststoff, so z. B. PBT GF30. Das Rahmenele ^¬ ment 8 hat in dieser Ausführungsform mehrere Stützfüße 10, mit denen es auf der Platte 6 abgestützt ist. Es ist bevor ^¬ zugt auf die Platte 6 mit den Stützfüßen 10 aufgesetzt.

Der Aufnahmebereich 14 ist ausgebildet zur Aufnahme von Bau ^¬ elementen, wie einer Drosselspule 20 und einem Kondensator 22. In dem Aufnahmebereich 14 kann auch ein Stanzgitter 16 eingebracht sein zum elektrischen Kontaktieren der Bauelemente, die sich auf dem Aufnahmebereich befinden.

Der Biegearm 12 ist so ausgebildet, dass er beim Aufsetzen des Deckels 4 elastisch von diesem verbogen wird und so an einer inneren Wandung 34 des Deckels dann in einem Kontaktbereich 36 des Biegearms mit einem Kontaktbereich 38 des De- ckels 4 unter Vorspannung in Kontakt ist, und zwar dann, wenn der Deckel 4 mit einem Anlagebereich 32 des Deckels 4 in Anlage an einem Anlagebereich 30 des Grundteils 2 ist. Das Ma ^¬ terial des Biegearms 12 und seine Geometrie sind entsprechend gewählt, um ein elastisches Verbiegen des Biegearms zum einen zu gewährleisten und zum anderen sicherzustellen, dass er eine ausreichende mechanische Stabilität hat, um in einem fer ^¬ tig hergestellten Zustand des Geräts Stoffschlüssig mit dem Deckel 4 verbundenen Zustand mechanischen Belastungen des Rahmenelements 8 stand zu halten, hervorgerufen durch Be- schleunigungskräfte, die auf das Gerät einwirken und abhängen von den Massen der auf dem Rahmenelement 8 in seinem Aufnahmebereich 14 befestigten Bauelementen.

Bevorzugt sind mehrere Biegearme in dem Rahmenelement 8 aus ^¬ gebildet, so z. B. zwei oder beliebig mehrere Biegearme 12. In dem Schnitt gemäß der Figur 3 sind beispielsweise zwei Biegearme 12 dargestellt.

Ferner ist in dem Gehäuse auch noch eine Leiterplatte 24 an ^¬ geordnet, die beispielsweise auch als Flexfolie ausgebildet ist und auf der weitere Bauelemente 26, 28 aufgenommen sind, die beispielsweise elektrische oder elektronische Bauelemente oder auch integrierte Schaltkreise oder dergleichen sein können.

Der Biegearm 12 hat eine Nase 40, die an dem Kontaktbereich 36 des Biegearms ausgebildet ist. Ferner hat er einen Schirm- körper 42, der abgewandt ist von dem Kontaktbereich 38 des Deckels in Bezug auf den Kontaktbereich 36 des Biegearms 12 und der in der Flucht des Kontaktbereichs 38 des Deckels 4 sich über den Kontaktbereich 36 des Biegearms 12 hinaus erstreckt .

Im Folgenden wird das Vorgehen beim Herstellen anhand des Ablaufdiagramms der Figur 4 näher erläutert. Ein Programm wird in einem Schritt Sl gestartet.

In einem Schritt S2 wird das Rahmenelement 12 hergestellt.

Dazu wird das Stanzgitter 16 zumindest teilweise in den Auf ^¬ nahmebereich 14 des Rahmenelements eingebracht. Dies kann beispielsweise erfolgen durch Kunststoffspritzen des Rahmenelements. Das Rahmenelement wird bevorzugt aus einem Kunst- Stoff hergestellt, der zumindest in dem Kontaktbereich 36 des Biegearms aus einem Material ausgebildet ist, das Laserstrah ^¬ lung einer vorgegebenen Wellenlänge absorbiert. Das Material

ist dabei so ausgewählt, dass es nachfolgend im Rahmen eines Durchstrahllaserschweißschrittes Stoffschlüssig mit einem ebenfalls geeignet gewählten Material des Deckels 4 in dem Kontaktbereich 38 des Deckels stoffschlüssig verbunden werden kann. Geeignete Materialien für diesen Zweck sind beispielsweise aus der Internetveröffentlichung der BASF AG "Laserstrahlschweißen von Thermoplasten im Durchstrahlverfahren, Technische Information für Experten 02/00", die bereits ein ^¬ gangs zitiert wurde, bekannt.

Ferner werden in dem Schritt S2 die Bauelemente auf dem Auf ^¬ nahmebereich 14 angeordnet und gegebenenfalls elektrisch kontaktiert, so z. B. mit dem Stanzgitter 16. Anschließend wird das Rahmenelement 8 in das Gehäuse 1 eingesetzt und zwar so, dass es sich mit dem Stützfuß 10 auf der Platte 6 abstützt.

Dies erfolgt bei noch nicht aufgesetztem Deckel 4. Die Platte 6 kann, muss jedoch nicht notwendigerweise vorhanden sein.

In einem Schritt S4 wird dann anschließend der Deckel 4 auf das Grundteil 2 so aufgesetzt, dass der Anlagebereich 30 des Grundteils 2 in Kontakt ist mit dem Anlagebereich 32 des De ^¬ ckels 4. In diesem Zustand ist dann der Biegearm 12 elastisch verbogen und kontaktiert mit seinem Kontaktbereich 36 den Kontaktbereich 38 des Deckels 4, wobei dies unter einer vor- gegebenen Vorspannung erfolgt.

In einem Schritt S6 wird der Deckel 4 mittels einer nicht dargestellten Pressvorrichtung, die bevorzugt in Form einer Maske ausgebildet ist, in seiner Anlage mit dem Anlagebereich 30 des Grundteils 2 gehalten und erste und zweite Laserstrah ^¬ len 44, 46 werden fluchtend zu den Anlagebereichen 30, 32 bzw. den Kontaktbereichen 36, 38 von außen auf den Deckel 4 zum Einwirken gebracht. In diesem Schritt erfolgt somit das

Durchstrahllaserschweißen, das im Folgenden näher erläutert ist.

Der Fügeprozess beim Laserstrahlschweißen beruht auf der Um- Wandlung von Strahlungsenergie in Wärme durch Absorption des Materials in dem Anlagebereich 30 des Grundteils 2 bzw. dem Kontaktbereich 36 des Biegearms 12, das entsprechend der Wel ^¬ lenlänge des ersten bzw. zweiten Laserstrahls 44, 46 geeignet ausgewählt ist. Darüber hinaus ist auch das korrespondierende Material des Deckels 4 in dem Anlagebereich 32 und dem Kontaktbereich 38 des Deckels 4 entsprechend abgestimmt, zum ei ^¬ nen auf die Wellenlänge des jeweiligen Laserstrahls 44, 46 und auch auf das korrespondierende Material, mit dem ein Fü ^¬ gen erfolgen soll. Entsprechende Materialkombinationen sind ebenfalls in der oben genannten Veröffentlichung zum Laserstrahlschweißen offenbart, deren Inhalt hiermit diesbezüglich einbezogen ist.

Bevorzugt sind erste und zweite Laserquellen 48, 50 zum Er- zeugen der jeweiligen Laserstrahlen 44, 46 vorgesehen. Bevorzugt handelt es sich bei der Laserstrahlung um kurzwellige Infrarotstrahlung. Der jeweilige Laserstrahl 44, 46 durchdringt den Deckel 4, der transparent ist für die jeweilige Wellenlänge des Laserstrahls 44, 46 und wird anschließend in dem Anlagebereich 30 des Grundteils 2 bzw. dem Kontaktbereich 36 des Biegearms 12 absorbiert und so in Wärme umgewandelt. Dies führt zu einem lokalen Aufschmelzen des Materials in dem Anlagebereich 30 des Grundteils 2 und dem Kontaktbereich 36 des Biegearms 12. Durch den Kontakt zwischen den Anlagenbe- reichen 30, 32 bzw. den Kontaktbereichen 36, 38 erfolgt eine Wärmeübertragung auch hin zu dem Deckel 4 und führt somit auch dort zu einem lokalen Aufschmelzen des Materials. Dies führt dann letztlich zu einer Stoffschlüssigen Verbindung

zwischen dem Deckel 4 und dem Grundteil 2 bzw. zwischen dem Deckel 4 und dem Biegearm 12.

Bevorzugt erfolgt das Schweißen in dem Schritt S6 in Form des Simultanschweißens, bei dem die Laserstrahlen mit hoher Ge ^¬ schwindigkeit über den gesamten zu verschweißenden Bereich umlaufend ausgelenkt werden. Bevorzugt wird das Grundteil 2 mit dem Deckel 4 umlaufend um das Grundteil bzw. den Deckel 2, 4 verschweißt. Darüber hinaus werden dann auch die gegebe- nenfalls mehreren vorhandenen Biegearme simultan mit dem Deckel verschweißt. Dies hat den Vorteil, dass ein sehr homoge ^¬ nes Einsinken des Deckels 4 hinunter zu dem Grundteil 2 erfolgen kann. Alternativ können jedoch auch der Deckel 4 und das Grundteil 2 gegenüber dem Deckel 4 und dem Biegearm 12 zeitlich versetzt verschweißt werden. Das Schweißen muss auch nicht notwendigerweise im Rahmen des Simultanschweißens er ^¬ folgen.

Durch das Vorsehen des Schirmkörpers 42 kann einfach auch bei einer gegebenenfalls etwas ungenauen Positionierung des Laserstrahls 46 verhindert werden, dass durch diesen Bauteile innerhalb des Gehäuses 1 beschädigt werden.

Der innerhalb des Gehäuses 1 zur Verfügung stehende Bauraum kann so sehr vollständig durch die Bauelemente ausgefüllt werden und es müssen keine Freiräume für ein gegebenenfalls ansonsten erfolgendes mechanisches Befestigen des Rahmenele ^¬ ments 8 an dem Gehäuse mittels Befestigungsmitteln, wie einer Schraube, vorgesehen werden. Dies kann auch zu einem Ge- Sichtspunkt der Zugänglichkeit für entsprechende Werkzeuge zum Befestigen der Befestigungsmittel zu mehr für die Bauele ^¬ mente nutzbaren Raum innerhalb des Gehäuses 1 führen. Durch das Ausbilden der Nase 40 an dem Kontaktbereich 36 des Biege-

arms 12 kann ebenfalls bei der Positioniergenauigkeit des zweiten Laserstrahls 46 eine höhere Toleranz in Kauf genommen werden, ohne die Güte des Fügeprozesses signifikant zu beein ^¬ flussen. Der Biegearm 12 kann auch an einer oder mehreren an- deren Stellen stoffschlüssig mit dem Deckel oder auch mit dem Grundteil 2 verbunden sein. Das Schweißen kann auch als so genanntes Maskenschweißen durchgeführt werden, wie es ebenfalls in der BASF-Veröffentlichung offenbart ist.