用于自动化组装的电子器件壳体的制作方法

1.本发明涉及一种用于容纳印刷电路板并且与印刷电路板形成电接触的电子器件壳体、一种具有这种电子器件壳体和印刷电路板的电子单元、以及一种用于组装这种电子单元的方法。电子器件壳体具有：用于电连接到印刷电路板的至少一个信号触头，该至少一个信号触头构造为压入式触头的形式；以及用于电连接到印刷电路板的至少两个电力触头，所述至少两个电力触头构造为压入式触头的形式并且具有大于所述至少一个信号触头的宽度的宽度。宽度应具体被视为在垂直于纵向方向的平面中的最大接触范围。


背景技术：

2.电子单元(例如电子控制单元(ecu))的生产、特别是大型电子控制单元的生产涉及将具有相关电路的印刷电路板手动插入适用的电子器件壳体中，该电子器件壳体典型地由塑料制成。为了将印刷电路板电连接到电子器件壳体，电子器件壳体具有触头销、平坦触头等形式的多个电触头，这些电触头需要容纳在印刷电路板的对应孔或凹部中。这些电触头典型地为压入式触头的形式，即它们具有其宽度与印刷电路板中的孔或凹部的宽度匹配的区域，其方式为使得电触头接触孔或凹部的壁，结果是在印刷电路板和电触头之间形成电连接。根据要求，电子单元具有不同宽度的电触头。具有较小宽度的信号触头可以用于较小的电流，而比信号触头具有更大宽度的电力触头可以用于较大的电流。
3.由于这种电子单元典型地具有多个这种信号触头和电力触头(这些触头的位置由于制造公差而存在一定水平的不精确性)，因此员工在生产过程中必须用手将印刷电路板竖直地和水平地推到电子器件壳体的触头。特别是较大的塑料壳体由于收缩、塌陷和翘曲而具有更大水平的不精确性。在将印刷电路板插入时，首先需要将信号触头和电力触头的端头引入对应孔中。由于端头的宽度并不比印刷电路板中凹部的直径小很多，特别是在较小的信号触头的情况下，因此印刷电路板孔相对于信号触头的相对定位需要非常高水平的精度。自动化过程无法实现如此高水平的精度，这就是当今仍然需要手动组装的原因。


技术实现要素：

4.因此本发明的目的是使电子器件壳体能够自动地与印刷电路板装配在一起。
5.根据本发明，该目的通过一种用于容纳印刷电路板并且与印刷电路板形成电接触的电子器件壳体来实现，该壳体具有用于连接到印刷电路板的至少一个信号触头，该至少一个信号触头构造为压入式触头的形式。电子器件壳体还具有用于连接到印刷电路板的至少两个电力触头，该至少两个电力触头构造为压入式触头的形式并且具有大于该至少一个信号触头的宽度的宽度。根据本发明，该至少两个电力触头比该至少一个信号触头长。
6.宽度可以具体理解为意味着信号触头或电力触头在垂直于其轴向方向上的、例如在与印刷电路板接触的位置处的最大延伸或直径。术语“信号触头”和“电力触头”应仅彼此相关地来理解，因为电力触头由于其宽度更大而可以用于比信号触头传输更高的电功率，因此信号触头可以用于例如传输低功率信号。然而，术语“信号触头”和“电力触头”不应被
局限于这些用途。信号触头和电力触头的长度可以解释为处于参考面以上的触头的端部的高度，参考面可以特别是平行于印刷电路板的容纳平面地定向并且可以例如由信号触头和电力触头安装在壳体中的安装平面来定义。
7.当印刷电路板插入根据本发明的电子器件壳体中时，电力触头由于其长度更大而比信号触头更早地与印刷电路板接合。相应地，在第一步骤中，电力触头需要穿入它们在印刷电路板中的对应孔中。由于可以将更宽的电力触头引入同样更宽的孔中，因此所述电力触头相对于彼此的相对定位需要较低水平的精度。由于所需的精度较低，过程步骤也可以通过机器人等以自动化方式执行。通过将宽的电力触头引入印刷电路板中的相配属的孔中，实现了电力触头与孔的对中，这校准了机器人送入容差。相应地，印刷电路板也相对于电子器件壳体更精确地定位。虽然，电力触头和信号触头的定位误差在绝对定位方面确实有相当大的不精确性，但在相对定位方面的不精确性性却相当低。即，如果两个触头(至少两个电力触头)被精确定位，则其他触头相对于它们的相配属的孔也被更精确地定位。相应地，电力触头的引入使电子器件壳体与印刷电路板之间的定位误差最小化，由此，精度也足以能够将较小的信号触头引入其在印刷电路板中的较小的孔中。因此，由于电力触头与信号触头之间的根据本发明的高度差使得电子器件壳体能够与印刷电路板自动地装配在一起。
8.在本发明的优选实施例中，电子器件壳体具有底部元件以及与底部元件相对置的开口，该开口用于使印刷电路板容纳到电子器件壳体中，其中，至少一个信号触头和至少两个电力触头在固位区域处连接到底部元件，并且该至少一个信号触头和该至少两个电力触头在从底部元件到开口的方向上特别是朝着所述触头的端部(上端部)逐渐变细。信号触头和电力触头因此在上端部具有比相应触头的宽度窄的端头。这简化了将信号触头或电力触头穿入印刷电路板中的对应孔中。
9.固位区域可以布置在至少一个信号触头和/或电力触头的与上端部相对置的下端部上。替代地，固位区域可以布置在中心区域中，并且例如用于连接到电缆的插入式触头也可以形成在下端部。
10.印刷电路板在电子器件壳体中的容纳不受如下限制，即，电子器件壳体的边缘或壁突出超过印刷电路板。确切的说，还包括印刷电路板布置得高于壳体边缘的情况，在这种情况下，例如可以设置相应的盖以便完全封装印刷电路板。
11.在本发明的另一优选实施例中，该至少一个信号触头和该至少两个电力触头构造为销形式并且基本上彼此平行地定向。相应地，信号触头和电力触头可以通过在沿着销形触头的轴向方向的单一方向上的简单移动被引入印刷电路板中。
12.在本发明的另一优选实施例中，至少一个信号触头和至少两个电力触头分别具有压配合部分，该至少一个信号触头的压配合部分和该至少两个电力触头的压配合部分处于相同的高度，特别是这些压配合部分的中心处于相同的高度。压配合部分、特别是其压入区可以构造为信号触头或电力触头的加宽部，例如冲压孔。替代地，压入区可以包括例如冲压孔(“needle of the ear(耳针)”)或其他构型。相同的高度应该被理解为压配合部分、特别是其中心与上面定义的参考平面相距相同的距离。
13.在本发明的特别优选的实施例中，电力触头的压配合部分比信号触头的压配合部分延伸更大的长度。这意味着电力触头的压配合部分在信号触头的压配合部分之前与印刷
电路板接触，由此进行印刷电路板相对于电子器件壳体的进一步对中和定向。
14.在本发明的另一特别优选的实施例中，电力触头的压配合部分的指向开口方向的端部高于信号触头的指向开口方向的端部，也就是说比信号触头的指向开口方向的端部更靠近开口或离底部元件更远。换言之，垂直于电力触头并穿过电力触头的压配合部分的上端部的平面不与信号触头相交。相应地，电力触头的压配合部分在一个或多个信号触头被引入到其在印刷电路板中的对应孔中之前与印刷电路板接触。因此，通过电力触头的压配合部分的进一步对中在穿入信号触头之前发生，因此，信号触头相对于印刷电路板中对应孔的定位精度进行特别改进。这确保了，即使当电子器件壳体以自动方式与印刷电路板装配在一起时，也没有信号触头定位在孔旁边并且因此当印刷电路板和电子器件壳体放在一起时不会对信号触头和/或印刷电路板造成损坏。
15.在本发明的另一优选实施例中，该至少两个电力触头比1.2mm更宽并且该至少一个信号触头比1.2mm更窄。信号触头使用的标准尺寸典型地为1mm并且电力触头为1.45mm，它们的最宽点可以加宽例如大约0.1mm。宽于1.2mm并被引入印刷电路板中的对应孔中的电力触头允许实现印刷电路板相对于电子器件壳体的可靠定向，以便也将窄于1.2mm的信号触头穿入它们对应的较窄孔中。
16.在本发明的另一优选实施例中，该至少两个电力触头和该至少一个信号触头的锥形端部、也就是说它们的端头具有基本上相同的宽度。端头使用的宽度典型地为0.3mm。端头宽度与印刷电路板上的孔的宽度之间的尺寸差异可用作组装期间的误差容限并且称为组装窗口。如果信号触头的端头和电力触头的端头具有基本上相同的宽度，则由于宽度更大以及因此在印刷电路板中的更大的孔，电力触头具有更大的组装窗口并且因此具有更大的可用误差容限。替代地，信号触头的端头和电力触头的端头不具有相同的宽度，但电力触头的组装窗口大于信号触头的组装窗口。
17.在本发明的另一优选实施例中，该至少两个电力触头布置在电子器件壳体的相对置的边缘区域中和/或具有比电子器件壳体的信号触头与电力触头之间的最大间隔更大的间隔。替代地，电力触头之间的间隔可以大于印刷电路板的长度的一半。电力触头之间的间隔越大，印刷电路板与电子器件壳体之间的角度精度越高。相应地，优选的间隔确保了信号触头相对于其在印刷电路板中的孔的精确定位。
18.根据本发明，该目的还通过具有上述电子器件壳体和印刷电路板的电子单元来实现。印刷电路板具有多个孔，这些孔分别配属给信号触头和电力触头并且如下地布置，即，当印刷电路板容纳在电子器件壳体中时，信号触头和电力触头同时容纳在这些相配属的孔中，其中，用于较长的电力触头的孔大于用于较短的信号触头的孔。
19.根据本发明，该目的还通过一种用于组装上述电子单元的方法、特别是通过一种用于将印刷电路板插入电子器件壳体中的方法来实现，该方法包括以下步骤：对电子器件壳体的至少两个电力触头进行相机拍摄。这可以通过使用相机从上方对尚未插入印刷电路板的电子器件壳体拍照来实现。合适的照明布置允许电力触头的端头被具有高对比度的相机检测到。这使得在下一步骤中根据相机拍摄特别容易地确定该至少两个电力触头的位置、特别是其端头的位置。如果有多个电力触头，可以对其位置进行算术平均以提高精度。接下来，使用机械臂水平地(即例如，在平面的两个方向上平移地和/或涉及到在平面中的旋转)定向印刷电路板，从而使得印刷电路板中的用于电力触头的孔位于相配属的电力触
头的位置对面。现在，在下一步骤中，印刷电路板相对于电子器件壳体的竖直运动可以用于将电力触头竖直地引入设置在印刷电路板中的孔中，其中，允许印刷电路板相对于电子器件壳体在印刷电路板平面中的水平的相对运动。
20.机械臂可以理解为允许印刷电路板在三个空间方向上相对于电子器件壳体的相对运动的任何类型的操纵器。
21.为了在将印刷电路板竖直引入电子器件壳体时允许印刷电路板相对于电子器件壳体的水平的相对运动，印刷电路板例如可以以弹簧加载的方式固持在机器人臂中和/或电子器件壳体可以以弹簧加载的方式被固持。替代地，电子器件壳体和/或印刷电路板可以并不完全牢固地固持，结果是当印刷电路板插入电子器件壳体中时，克服了静摩擦，并且调整了印刷电路板与电子器件壳体之间的相对位置。换言之，印刷电路板和/或电子器件壳体滑入正确的相对位置。
22.此后，可以通过进一步的竖直相对运动将印刷电路板进一步引入电子器件壳体中，信号触头也被引入其相配属的孔中。在引入电力触头时印刷电路板相对于电子器件壳体定向的结果是，信号触头也高精确地布置在印刷电路板中的相配属的孔下方。
23.电子器件壳体与印刷电路板的自动装配可以节省成本并缩短生产时间。
24.本发明的其他特征、优点和可能的应用也由下面对示例性实施例的描述和附图中得出。所描述和/或图示描绘的所有特征单独地并且以任何组合、还有独立于其在权利要求中的组成或其反向引用而属于本发明的主题。
附图说明
25.图1示出了根据本发明的电子单元的斜的俯视图，
26.图2示出了当插入印刷电路板时根据本发明的电子单元的截面视图，
27.图3示出了在插入印刷电路板前不久根据本发明的电子单元的细节的截面视图，
28.图4a和图4b示出了组装窗口，
29.图5示出了当插入印刷电路板时根据本发明的电子单元的细节截面视图，
30.图6示出了本发明的另一个实施例的细节的截面视图。
具体实施方式
31.图1示出了由根据本发明的电子器件壳体1和插入其中的印刷电路板2构成的电子单元。电子器件壳体1在上侧具有开口6，印刷电路板2已经穿过该开口插入电子器件壳体1中。印刷电路板2中设置有多个孔18、20，电子器件壳体1的多个电触头(信号触头3和电力触头4)穿过这些孔突出。电力触头4布置在电子器件壳体1的多个端部，并且因此也布置在印刷电路板2的边缘。
32.图2示出了图1的根据本发明的电子单元1的截面视图，其中可以更详细地看到电子单元的基本设计。电子器件壳体1在其下侧具有底部元件5，所述底部元件与开口6相对置。电力触头4和信号触头3分别通过固位区域7固定在电子器件壳体1中。在固位区域7下方，朝向底部元件5的方向上，电力触头4和信号触头3具有用于连接到电缆的插入式触头20。信号触头3和电力触头4均具有冲压孔形式的压配合部分9，信号触头3和电力触头4的压配合部分位于平行于底部元件5定向的共用平面上。图2示出了印刷电路板2已经穿入电力
触头4中的状态。
33.图3示出了在电力触头4被引入印刷电路板2之前图2的细节。印刷电路板2(其孔18用于信号触头3并且孔20用于电力触头4)已经相对于包含信号触头3和电力触头4的电子器件壳体1尽可能地通过自动化方法定向。然而，在图3中可以看到，这种精度水平不足以可靠地引入信号触头3。信号触头3的用虚线展示的中心稍微靠近印刷电路板2中的相配属的孔18。如果试图将印刷电路板2移向包含信号触头3的电子器件壳体1，则信号触头3会碰撞印刷电路板2，结果是信号触头3和/或印刷电路板2将被损坏。无法将印刷电路板2引入电子器件壳体1。然而，根据本发明，电力触头4比信号触头3长。由于电力触头4的宽度更大，印刷电路板2相对于电子器件壳体1的取向精度是足够的，结果是电力触头4的中心轴线已经延伸穿过印刷电路板2中的相配属的孔20。
34.这在图4a和图4b中再次展示。图4a示出了用于信号触头3的孔18和位于下方的信号触头3的端头的示意图。信号触头3的端头具有大约0.3mm的直径17。由于用于信号触头3的孔18具有大约1mm的直径，因此误差容限大约为0.7mm，这称为组装窗口23。然而，印刷电路板2和电子器件壳体1之间的水平取向的可用精度目前不足以确保信号触头3以0.7mm的组装窗口23穿入的高水平的工艺可靠性。
35.图4b示出了电力触头4的对应描绘。电力触头4的端头具有直径16，该直径也是0.3mm宽。由于用于电力触头4的孔20为1.45mm宽，因此现在可用的组装窗口23为1.15mm。现在可用的取向精度足以确保以1.15mm的组装窗口23穿入。
36.如果印刷电路板2从图3所示的状态开始移向包含电力触头4的电子器件壳体1，则电力触头4以其锥形部8与印刷电路板2中相配属的孔20的边缘相遇。由于当电力触头4穿入印刷电路板2时允许印刷电路板2和电子器件壳体1之间的相对运动，所以电力触头4穿入孔20中的结果是印刷电路板相对于电子器件壳体1定向。
37.在图5中示出了这种状态。电力触头4穿入的结果是，信号触头3现在也在其相配属的孔18下方居中。如果印刷电路板2进一步移向包含电力触头4和信号触头3的电子器件壳体1，则信号触头3和电力触头4的压配合部分9接着被引入印刷电路板2中的相配属的孔18和20中。电力触头4的压配合部分9的长度10大于信号触头3的压配合部分9的长度11，这意味着即使当印刷电路板2和电子器件壳体1进一步放在一起时，电力触头的压配合部分9首先与印刷电路板2及其相配属的孔20接触，从而使得在那里发生进一步的对中。只有这样，信号触头3的压配合部分9才与其相配属的孔18相遇，这意味着电子器件壳体1的印刷电路板2可以顺利地组装。图5还示出了电力触头4的宽度14，该宽度比信号触头3的宽度15宽。电力触头4的宽度14为大约1.45mm并且信号触头3的宽度15为大约1mm。
38.图6示出了替代实施例，其中电力触头4的压配合部分9被过度地加长。电力触头4的压配合部分9的上端部处于高度12处，该高度高于对信号触头3的端部进行标记的平面13。因此，在信号触头3穿过对应的孔18之前，不仅由于电力触头4的端头穿过印刷电路板2中的孔20而执行对中，而且还通过电力触头4的压配合部分9执行更精确的对中。因此也可以将特别小的信号触头3引入它们在印刷电路板2中的对应小孔18中。
39.因此，通过电力触头4的根据本发明的更长的长度可以执行电子器件壳体1与印刷电路板2的自动装配。
40.附图标记列表：
[0041]1ꢀꢀꢀ
电子器件壳体
[0042]2ꢀꢀꢀ
印刷电路板
[0043]3ꢀꢀꢀ
信号触头
[0044]4ꢀꢀꢀ
电力触头
[0045]5ꢀꢀꢀ
底部元件
[0046]6ꢀꢀꢀ
开口
[0047]7ꢀꢀꢀ
固位区域
[0048]8ꢀꢀꢀ
锥部
[0049]9ꢀꢀꢀ
压配合部分
[0050]
10
ꢀꢀ
电力触头压配合部分的长度
[0051]
11
ꢀꢀ
信号触头压配合部分的长度
[0052]
12
ꢀꢀ
电力触头压配合部分的端部的高度
[0053]
13
ꢀꢀ
信号触头的端部的高度
[0054]
14
ꢀꢀ
电力触头的宽度
[0055]
15
ꢀꢀ
信号触头的宽度
[0056]
16
ꢀꢀ
电力触头端头的宽度
[0057]
17
ꢀꢀ
信号触头端头的宽度
[0058]
18
ꢀꢀ
用于信号触头的孔
[0059]
19
ꢀꢀ
信号触头孔的宽度
[0060]
20
ꢀꢀ
用于电力触头的孔
[0061]
21
ꢀꢀ
电力触头孔的宽度
[0062]
22
ꢀꢀ
插入式触头
[0063]
23
ꢀꢀ
组装窗口