Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektronikgerätes, insbesondere zur Verwendung innerhalb eines Schaltschrankes, mit in einem Gerätegehäuse enthaltener Leiterplatte sowie damit verbundenen Anschlusselementen zum Anschließen von elektrischen Anschlussleitern. Die Erfindung betrifft ferner ein Gerätegehäuse verwendbar zur Herstellung eines Elektronikgerätes mit Leiterplatte sowie damit verbundenen Anschlusselementen zum Anschließen von elektrischen Anschlussleitern, insbesondere zur Verwendung innerhalb eines Schaltschrankes. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Elektronikgerät, welches mittels eines vorgenannten Verfahrene herstellbar ist.

Elektronikgeräte bestehen heute zumeist aus einer oder mehreren Leiterplatten, einem Gehäuse und entsprechender Anschlusstechnik um das Gerät mit Energie und/oder Signalen bzw. Daten etc. zu versorgen. Insbesondere im Bereich der Geräte mit einer für den Einsatz im Schaltschrank ausreichenden Schutzart erfolgt der Anschluss meist über ein auf die Platine auf- oder eingelötetes Anschlusselement . Die mit dem Anschlusselement versehene Leiterplatte wird dann in das jeweilige Gehäuse montiert. Mechanische Kräfte, die durch die angeschlossenen Kabel auf das Anschlusselement gebracht werden, werden hierbei entweder über die Leiterplatte an das Gehäuse abgeleitet oder durch eine zusätzliche Befestigung der Anschlusselemente an dem Gehäuse direkt von dem Anschlusselement an das Gehäuse. Insbesondere bei reinen SMD {Surface mounted device - oberflächenmontiertes Bauelement) bestückten Bauelementen, insbesondere bei auf einer Leiterplatte SMD-gelöteten Anschlusselementen ist es hier notwendig, dass die nach Montage in einem Gerätegehäuse auf die Anschlusselemente aufgebrachten Kräfte über das Gehäuse abgeleitet werden, um hier keine unzulässigen bzw. zu großen Kräfte auf die SMD-Lötstelle zu bringen. Für das Verlöten der Anschlusselemente auf der Leiterplatte umfasst diese entsprechend ausgebildete Kontaktelemente, z.B. als Kontaktpins ausgebildete Kontaktelemente, die mit einem an der Leiterplatte versehenen Lötauge verlötet werden. In allen oben genannten Fällen werden dazu die Anschlusselemente aus entsprechenden Einzelelementen montiert und entsprechend auf der Leiterplatte verlötet. In dem Fall, dass die Komponenten auf der Leiterplatte in einem Lötofen verlötet werden, ist es notwendig, dass die Anschlusselemente dieser Temperatur standhalten. Ist dieses nicht der Fall, ist ein entsprechender zusätzlicher Bearbeitungsschritt notwendig um das Kontaktelement auf die Leiterplatte aufzubringen (z.B. selektives Löten).

In den aktuellen Lösungen für die Kombination aus Leiterplatte, insbesondere SMD-bestückter Leiterplatte, Anschlusselement und Gehäuse ist zu erkennen, dass hier je nach Vorgehen bestimmte Prozessschritte mehr als einmal durchlaufen werden müssen. Beispielsweise müssen die einzelnen Montageschritte zum Montieren der Anschlusselemente auf der Leiterplatte und des anschließenden Montierens im Gerätegehäuse immer wieder von Lötschritten unterbrochen werden. Im Fall, dass die Anschlusselemente zusammen mit den Kontaktelementen im Lötöfen verlötet werden, insbesondere bei SMD- Kontaktelementen oder auch THR-Kontaktelementen, (THR through-hole-ref low technology) gibt es zudem Einschränkungen beim Gehäusematerial, da nicht jeder Kunststoff diesen Prozess ohne unerwünschte Veränderungen übersteht. Bekanntermaßen werden bei der THR-Technologie, anders als bei der SMD-Technologie Kontaktstifte in entsprechende, mit Lötpaste versehene Kontaktlöcher gesteckt und anschließend verlötet.

Zudem besteht weiter das Problem, dass die bei Anbringen der Anschlussleiter über die Anschlusselemente eingebrächten Kräfte nicht ohne eine entsprechende, weitergehende Ausführung von Anschlusselement, Leiterplatte und Gehäuse sicher aufgenommen und sicher abgeleitet werden können ohne die Lötstellen oder Kontaktstellen zwischen den Kontaktelementen der Anschlusselemente und der Leiterplatte zu beschädigen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von Elektronikgeräten, insbesondere zur Verwendung innerhalb eines Schaltschrankes, bereitzustellen, welches bei einfachster Elektronikgeräteherstellung schädlichen mechanischen Stress auf die Kontaktstelle zwischen Anschlusselement und Leiterplatte wesentlich reduziert oder auch verhindert. Als Lösung schlägt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patenanspruchs 1 vor. Ferner schlägt die Erfindung ein für ein solches Verfahren geeignetes Gerätegehäuse gemäß Patentanspruch 7, sowie ein mit einem solchen Verfahren herstellbares Elektronikgerät gemäß Patenanspruch 11 vor.

Weitere vorteilhafte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Mit der Erfindung wird folglich ein Verfahren zur Herstellung eines Elektronikgerätes vorgeschlagen, bei welchem die für ein Elektronikgerät vorgesehenen Anschlusselemente zunächst innerhalb eines für das Elektronikgerät vorgesehenen Gerätegehäuse integriert werden und anschließend eine für das Ele tronikgerät vorgesehene Leiterplatte in das Gerätegehäuse eingesetzt wird und die Anschlusselemente mit der Leiterplatte verbunden, d.h. insbesondere elektronisch und mechanisch verbunden werden.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass immer nur jeweils ein zusammenhängender Montageprozess und gegebenenfalls ein nachfolgender Lötprozess erforderlich ist. Weiterhin ist sichergestellt, dass die nach Herstellung und bei Anbringung der Anschlussleiter über die Anschlusselemente eingeleiteten mechanischen Kräfte direkt auf das Gerätegehäuse übertragen werden, sodass schädlicher mechanischer Stress auf die Kontaktstellen zwischen Anschlusselementen und Leiterplatte damit nicht mehr oder zumindest wesentlich reduziert auftreten. Für ein zur erfindungsgemäßen Herstellung eines solchen Elektronikgerätes besonders geeignetes Gerätegehäuse ist ferner vorgeschlagen, dass dieses zum Einen zur Integration von den für das Elektronikgerät vorgesehenen Anschlusselementen eingerichtet ist und eine Durchgangsöffnung bereitstellt, durch welche elektrische Anschluss leiter zum Herstellen einer Verbindung mit den Anschlusselementen von außerhalb in das Gehäuse den Anschlusselementen zuführbar sind oder durch welche die Anschlusselemente sich aus dem Gehäuse zum Verbinden mit elektrischen Anschlussleitern heraus erstrecken können. Andererseits ist das Gerätegehäuse eingerichtet, bei bereits integrierten Anschlusselementen zum Einsetzen der für das Elektronikgerät vorgesehenen Leiterplatte in das Gerätegehäuse .

Vorteilhafterweise eignet sich das Verfahren für unterschiedlich ausgebildete Komponenten und kann folglich vielseitig und flexibel eingesetzt werden. So kann insbesondere vorgesehen werden, dass das elektronische und mechanische Verbinden der Anschlusselemente mit der Leiterplatte und Anschlusstechnik zumindest teilweise bereits mit dem Einsetzen der Leiterplatte bewirkt wird, oder aber, dass das vollständige elektronische und mechanische Verbinden der Anschlusselemente und Leiterplatte erst nach dem Einsetzen der Leiterplatte in einem separaten Verfahrensschritt durchgeführt oder zumindest abgeschlossen wird.

Ergänzend oder alternativ kann durch das Einsetzen der Leiterplatte durch diese selbst bereits ein Teil des Gehäuses ausgebildet werden, oder das Gerätegehäuse kann wenigstens zwei miteinander zu verbindende Gehäuseteile umfassen, wobei das Integrieren der Anschlusselemente in einem der Gehäuseteile erfolgt und das Verbinden der beiden Gehäuseteile nach dem Einsetzen der Leiterplatte in dasselbe oder ein anderes Gehäuseteil erfolgt.

Gemäß vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung können Anschlusselemente mit Kontaktstiften verwendet werden, die zum Herstellen einer Verbindung in entsprechend ausgebildete Kontaktierungslöcher der Leiterplatte eingepresst werden, und/oder mit Kontaktfedern verwendet werden, die zum Herstellen einer Verbindung auf entsprechend ausgebildete Kontaktflächen der Leiterplatte gedrückt werden.

Ergänzend oder alternativ wird ein Gerätegehäuse mit einem zum Durchlaufen eines Lötprozesses ausreichend Hitzebeständigen Material eingesetzt und die Anschlusselemente zumindest teilweise mit SMD- oder THR- Kontaktelementen bereitgestellt, die zum Herstellen einer vollständigen, insbesondere elektrischen und mechanischen Verbindung mit entsprechend ausgebildete Kontaktierungsflächen bz . -löchern der Leiterplatte mittels eines Lötprozesses verlötet werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden als Anschlusselemente Anschlusselemente verwendet, die zum Anschließen einzelner Leitungsadern geeignet sind, insbesondere Anschlusselemente mit hierzu eingerichteten Schraub- oder Klemmanschlüssen.

Die Vorteile eines für die vorstehend beschriebenen Weiterbildungen ausgeführten Gerätegehäuses ergeben sich entsprechend . Insbesondere ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Gerätegehäuse vorgesehen, dass dieses eingerichtet ist, beim Zusammenfügen der Gehäuseteile eine zumindest teilweise Verbindung zu bewirken, insbesondere elektrische und/oder mechanischen Verbindung, zwischen den Anschlusselementen und der Leiterplatte.

Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. In schematischer Darstellung zeigt dabei:

Figur 1 ein erstes Ausführungsbespiel für ein erfindungsgemäß herstellbares Elektronikgerät;

Figur 2 ein zur Verwendung für ein erfindungsgemäßes Verfahrens zur Herstellung des in Fig. 1 gezeigten Elektronikgerätes verwendbares Elektronikgehäuse in 3 Ansichten;

Figur 3 das Elektronikgehäuse gemäß Fig. 2 mit darin integrierten Anschlusselementen;

Figur 4 eine in das das Elektronikgehäuse einsetzbare

Leiterplatte zur Herstellung des Elektronikgeräts gemäß Fig. 1;

Figur 5 ein weiteres Ausführungsbespiel für ein erfindungsgemäß herstellbares Elektronikgerät in 2 Ansichten; und Figur 6 ein Beispiel für ein zweites Gehäuseteil für das Elektronikgehäuse gemäß Fig. 2

Figur 1 zeigt beispielhaft ein erstes Ausführungsbespiel für ein erfindungsgemäß herstellbares Elektronikgerät 100 in teilweise geschnittener Ansicht, insbesondere zur Verwendung innerhalb eines Schaltschrankes, mit in einem Gerätegehäuse 300 enthaltener Leiterplatte 200 sowie damit verbundenen Anschlusselementen 400 zum Anschließen von elektrischen Anschlussleitern 500, welches mit einem nachfolgend noch detailliert beschriebenem Verfahren herstellbar ist. Die Anschlusselementen 400 kontaktieren hierbei wiederum mittels von diesen umfassten Kontaktelernenten 30 (bei Fig. 1 gestrichelt gezeigt) elektrische Leiter der Leitungsplatte 200. Hierzu sind an der Leiterplatte entsprechende Kontaktstellen 210 vorgesehen, über welche der Kontakt mit den

Kontaktelernenten 430 der Anschlusselementen 00 hergestellt wird. Selbstverständlich können auch mehr als nur eine Leiterplatte 200 enthalten sein. Das gezeigte Gerätegehäuse 300 ist beispielhaft ein mehrteiliges Gerätegehäuse für die Montage auf einer Hutschiene. Zu sehen ist hierbei ein erstes Gehäuseteil, in welches sowohl die Anschlusselemente 400 integriert worden sind und auch die Leiterplatte eingesetzt worden ist. Ein solches Gerätegehäuse 300, insbesondere das erste Gehäuseteil hiervon, des zur Herstellung des in Fig. 1 gezeigten Elektronikgerätes ist bei Fig. 2 in drei Ansichten gezeigt, und zwar noch ohne integrierte Anschlusselemente und ohne eingesetzte Leiterplatte. Die Ansicht 2a zeigt das Gerätegehäuse von hinten, die Ansicht 2b von einer Seite und die Ansicht 2c von vorne. Ein das Gerätegehäuse z.B. als Abdeckung komplettierendes zweites Gehäuseteil 350, welches mit dem ersten, in Fig. 1 und auch Fig. 2 gezeigten Gehäuseteil verbunden wird, ist beispielhaft in Fig. 6 gezeigt. Beide Gehäuseteile können im vorliegenden Fall zweckmäßig miteinander verklebt werden. Alternativ oder ergänzend können jedoch auch separate Verbindungsmittel vorgesehen sein, insbesondere zur Herstellung einer Schraub-, Klemm oder Rastverbindung.

Die bei Fig. 1 dargestellten Anschlusselemente 400 mit den daran anzuschließenden Anschlussleiter 500 sind beispielhaft zum Anschließen von einzelnen Leitungsadern ausgebildet und die Anschlussleiter 500 folglich als eine Vielzahl von einzelnen Leitungsadern. Über eine solche oder ähnliche Anschlusstechnik kann das Elektronikgerät, wie dem Fachmann an und für sich bekannt ist, mit Energie, Signalen und/oder Daten etc. versorgt werden.

Zum Anschließen der elektrischen Anschlussleiter 500 an die Anschlusselemente 400 sind vom Gerätegehäuse Durchgangsöffnungen 310 (Fig.2) bereitgestellt, durch welche diese von außerhalb in das Gehäuse 300 den Anschlusselementen 400 zuführbar sind. Ergänzend oder alternativ, in den Figuren aus Gründen der

Übersichtlichkeit jedoch nicht separat dargestellt, können sich durch solche oder ähnliche Durchgangsöffnungen auch die Anschlusselemente aus dem Gehäuse 300 zum Verbinden mit elektrischen Anschlussleitern 500 zumindest teilweise heraus erstrecken. Beim Anschließen der elektrischen Änschlussleiter 500 an die Anschlusselemente 400 wird in an und für sich bekannter Weise ein Kontakt zwischen Anschlussleiter 500 und Kontaktelement 430 herstellt. Zum Halten der Anschlussleiter 500 und Kontaktieren mit den jeweiligen Kontaktelernenten 430 sind die Anschlusselemente 400 in zweckmäßiger Ausführung je nach Ausführung geeigneten Halte und/oder Anpressvorrichtungen 420 versehen, in besonders zweckmäßiger Ausführung z.B. mit Schraub- oder Klemmanschlüssen. Im Falle manuell, beispielsweise auch mittels eines Werkzeuges zu betätigender Halte- und/oder Anpressvorrichtungen 420, wie insbesondere bei Schraub- oder Klemmanschlüssen sind vom Gerätegehäuse zweckmäßig weitere Durchgangsöffnungen 311 (Fig. 2) bereitgestellt, durch welche Zugriff von außen gewährleistet werden kann.

Die Figur 2 zeigt ferner zur Integration der Anschlusselemente beispielhaft sechs Positionen, an denen Anschlusselement e integriert werden können. Hierfür kann das Gerätegehäuse beispielsweise mit einer Art von Taschen oder Ausformungen 320 eingerichtet sein, in welchen die Anschlusselemente aufgenommen werden können (vgl. auch Fig. 1 oder 3).

Figur 3 zeigt beispielhaft das Gerätegehäuse 300 mit bereits integrierten Anschlusselementen 400 jedoch noch nicht eingesetzter leiterplatte. Die Anschlusselemente 400 mit deren Kontaktelementen 430 und Halte- und/oder Anpressvorriehtungen 420 sind hierbei zur Integration in den Ausformungen 320 des Gerätegehäuses aufgenommen. Die beispielhaften Ausformungen 320 und damit das Gerätegehäuse 300 kann hierbei ferner z.B. auch die Funktion eines Gehäuses für das Anschlusselement 400 selbst bilden.

Eine für das Elektronikgerät vorgesehene Leiterplatte 200 ist beispielhaft in Fig. 4 gezeigt und kann gemäß der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Gerätegehäuse- Ausführungsform von vorne, d.h. gemäß Ansicht 2c in

Richtung Zeichnungsebene eingesetzt werden.

Die Anschlusselemente 400 sind hierbei derart im Gerätegehäuse integriert, dass die Kontaktstellen 210 der für das Elektronikgerät vorgesehenen Leiterplatte 200 und die Kontaktelemente 430 der Anschlusselemente nach Einsetzen der Leiterplatte 200 in Kontakt treten können und in Folge elektronisch und mechanisch miteinander verbunden werden können.

Zur Herstellung der elektronischen und mechanischen Verbindung der Anschlusselemente 400 mit der Leiterplatte 200 sind hierbei im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten gegeben. Insbesondere kann eines solche Verbindung zumindest teilweise bereits mit dem Einsetzen der Leiterplatte 200 bewirkt werden, oder das vollständige elektronische und mechanische Verbinden der Anschlusselemente 400 und der Leiterplatte 200 kann erst nach dem Einsetzen Leiterplatte 200 in einem separaten Verfahrensschritt durchgeführt oder zumindest abgeschlossen werden .

Beispielsweise können die Kontaktelemente 430 als Kontaktstifte ausgebildet sein und die Kontaktstellen 210 als Kontaktierungslöcher, sodass z.B. bereits beim Einsetzen der Leiterplatte (vgl. Fig. 1 bis 3) die Kontaktstifte in die Löcher eingepresst und zumindest teilweise elektronisch und mechanisch miteinander verbunden werden.

Alternativ können die Kontaktelemente 430 als Kontaktfedern ausgebildet sein und die Kontaktstellen 210 als Kontaktflächen, sodass z.B. bereits beim Einsetzen der

Leiterplatte (vgl. Fig. 1 bis 3) die Kontaktfedern zur zumindest teilweisen ele tronischen und mechanischen Verbindung an die Kontaktflächen gedrückt werden.

Wird die Leiterplatte in Abwandlung zur Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 3 nicht in dasselbe Gehäuseteil eingesetzt wie die Anschlusselemente, sondern in ein separates Gehäuseteil, welches erst anschließend mit dem Gehäuseteil, in welchem die Anschlusselemente integriert sind, verbunden wird, kann die Vorbeschriebene, zumindest teilweise elektronische und mechanische Verbindung z.B. auch erst beim Zusammenfügen der Gehäuseteile bewirkt werden, insbesondere durch entsprechende Kraftaufbringung auf die Kontaktelernente und die Leiterplatte.

Ergänzend oder auch alternativ können die die Kontaktelernente 430 der Anschlusselemente 400 auch als SMD- Kontaktelemente ausgeprägt sein, sodass die vollständige Verbindung erst durch einen nachfolgenden, in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigten Lötprozess hergestellt wird. In dieser Variante ist das Gerätegehäuse 300 zweckmäßig so beschaffen, d.h. insbesondere aus einem ausreichend Hitzebeständigen Material, dass es den Lötprozess, z.B. im Lötofen, ohne Schaden überstehen kann.

Alternativ zum Einsatz einer SMD-Technologie kann z.B. auch eine THR-Technologie eingesetzt werden. Hierbei sind sowohl die Kontaktelemente 430 als THR-Kontakte ausgeprägt und die Kontaktstellen 210 der Leiterplatte 200 als THR-Löcher ausgeprägt. Die vollständige Verbindung wird auch dabei erst durch einen Lötprozess hergestellt. Figur 5 zeigt beispielhaft ein weiteres Ausführungsbespiel für ein erfindungsgemäß herstellbares Elektronikgerät 100' in 2 Ansichten. Die Ansicht 5a zeigt das Elektronikgerät hierbei in einer Seitenansicht und vor dem Zusammenbau, d.h. insbesondere in Explosionsdarstellung. Die Ansicht 5b zeigt das Elektronikgerät von oben mit teilweise innenliegenden Komponenten sichtbar (gestrichelt) darstellt .

In Abwandlung zur Äusführungsform nach den Figuren 1 bis 3 übernimmt Gerätegehäuse 300'zur Integration der Anschlusselemente im Wesentlichen vollständig die Funktion eines Anschlusselemente-Gehäuses. Lediglich die Kontaktelemente 430', gemäß Fig. 5 als Stifte ausgebildet, und die Halte- und AnpressVorrichtungen 420' ragen aus einem ersten Gehäuseteil 325' hervor bzw. sind von außen zugänglich .

Die für das Elektronikgerät 100' vorgesehene Leiterplatte 200 ' kann zur Herstellung dies Elektronikgeräte in einfacher Weise in dasselbe Gehäuseteil 325' eingesetzt werden, gemäß Fig. 5 von unten. Durch das Einsetzen der Leiterplatte 200' kann hierbei bereits durch diese selbst ein Teil des Gehäuses 300' ausbildet werden. Alternativ kann ein weiteres Gehäuseteil 350' vorgesehen sein, welches z.B. in Art einer Abdeckung nach vorherigem Einsetzen der Leiterplatte 200' mit dem ersten gehäuseteil 325' verbunden wird. Auch kann hierbei in weiterer alternativer Ausführung vorgesehene sein, dass die Leiterplatte 200' zunächst in das weitere Gehäuseteil 350' eingesetzt wird und daraufhin beide Gehäuseteile miteinander verbunden werden. Zusammenfassend liegt der Erfindung folglich auch als Idee zugrunde, dass ein Kontaktelement 430 bzw. 430', welches Teil eines Anschlusselementes ist, als Bestandteil des Gerätegehäuses 300 bzw. 300' integriert wird, dass das Gerätegehäuse 300 bzw. 300' hierzu so ausgeführt ist, dass es die Kontaktelemente 430 bzw. 430'sowie eine Vorrichtung zum Halten und Anpressen der angeschlossenen Anschlussleiter auf das Kontaktelement aufnehmen kann und zweckmäßig ferner, dass das Gerätegehäuse die Funktion eines Anschlüsselemente-Gehäuses, insbesondere einschließlich einer Gehäuseisolation und/oder des Zusammenhaltens der vom Anschlusselemente umfassenden Komponenten übernimmt.