AT501010B1

AT501010B1 - Leiterdurchführung in kunststoffgehäusen

Info

Publication number: AT501010B1
Application number: AT5022005A
Authority: AT
Inventors: Johannes Hackl; Joachim Strobel
Original assignee: Swoboda Gmbh Geb
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2007-08-15
Also published as: DE102004018488A1; AT501010A1; DE102004018488B4

Description

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Die Erfindung betrifft eine gas- und flüssigkeitsdichte elektrische Durchführung mindestens eines Leiters durch eine Wand eines Kunststoffgehäuses.

Aus der CH 375407 ist eine gas- und flüssigkeitsdichte elektrische Leiterdurchführung für nach 5 außen abgeschlossene elektrische Maschinen bekannt, die mit einem unter hohem Druck und hoher Temperatur stehenden Medium, wie Flüssigkeit oder Gas, angefüllt ist. Bei der bekannten Ausführung wird eine gas- und flüssigkeitsdichte elektrische Leiterdurchführung erreicht, indem der durch das Maschinengehäuse geführte Leiter von Isolierhülsen umgeben ist, wobei im mittleren Bereich der Leiterdurchführung ein aus einem verformbaren Isolierstoff bestehen-io der Abdichtungskörper angeordnet ist, der einerseits von dem aus einem nicht verformbaren Isolierwerkstoff hergestellten Isolierhülsen und andererseits von der Wand der Gehäusebohrung sowie dem Leiter vollkommen eingeschlossen und begrenzt ist. Die zwischen Leiter und Abdichtkörper einerseits und zwischen Dichtungskörper und Wand der Gehäusebohrung andererseits erforderliche Abdichtkraft wird von einer der Isolierhülsen übertragen. 15

Diese bekannte elektrische Leiterdurchführung weist den Nachteil auf, dass sie aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt ist, die eine entsprechend aufwendige Montage erfordern. Für die Massenfertigung, insbesondere im Bereich der Automobilindustrie, werden bei Gehäu-20 sen vorzugsweise Kunststoffmaterialien eingesetzt, die sich in der Massenfertigung, z.B. beim Spritzgießen, bewährt haben. Da die verwendeten Kunststoffe selbst isolierend wirken, können nach der Insert-Methode Kunststoffgehäuse mit integrierten Leiterdurchführungen gespritzt werden. Diese Durchführungen weisen auch eine ausreichende Dichtigkeit auf, solange sie in trockener Umgebung im Niedervoltbereich, wie bei Automobilen üblich, benutzt werden. 25

Im Getriebebau werden jedoch Gehäuse benötigt, die beispielsweise für die Steuerung automatischer Getriebe geeignet sind. Derartige Gehäuse, die für verschiedene Sensoren Leiterdurchführungen benötigen, werden teilweise direkt im Getriebe angeordnet. Sie müssen somit den wechselnden Öltemperaturen zwischen beispielsweise -40 bis +150°C bei unterschiedlichen 30 Drücken in öliger Umgebung standhalten. Die bekannten Durchführungen sind für derartig rauhe Umgebungsbedingungen ungeeignet.

Aus der US 3,585,273 A vom 15. Juni 1971 ist ein Gehäuse für elektrische Geräte bekannt, bei dem elektrische Leiter von außen mittels Gehäusedurchführungen in das Innere des Gehäuses 35 geführt werden. Die in dieser Schrift beschriebene Durchführung besteht dabei aus einem, in der Gehäusewand integriertem Hohlraum mit einer nach außen und einer nach innen gerichteten Öffnung, wobei die nach außen gerichtete Öffnung ein Innengewinde aufweist. Die Durchführung ist demnach als in eine Gehäusewand integrierte, zu dieser etwa orthogonal angeordnete zylindrische Durchführung ausgebildet. Die elektrischen Leitungen verlaufen koaxial zur 40 Längsachse des zylinderförmigen Hohlraumes.

Aus der DE 28 16 691 vom 25. Oktober 1979 ist eine druckfeste Leitungsdurchführung durch Gehäuse für elektrische Geräte in schlag-, werter- und explosionsgeschützter Ausführung bekannt. Das dort beschriebene Gehäuse besteht aus einem topfartigen Oberteil und einem damit 45 verbundenen, schalenförmig ausgebildeten Unterteil. Die Durchführung wird durch ein im Unterteil angeordneten und mit Gießharz gefüllten zylindrischen Raum gebildet, dessen offene Stirnseite durch einen Flansch abgeschlossen wird, der wiederum die Gummiaderleitungen trägt. Die Leitungsdurchführung dieser Schrift besteht demnach ebenfalls aus einem zylindermantelartigem Hohlraum. 50

Aus der US 5,194,192 A vom 16. März 1993 ist eine Vorrichtung zum feuerfesten Durchführen von Kabeln beschrieben. Auch diese Durchführung entspricht einer in eine Gehäusewand integrierten zylindrischen Durchführung, wobei die Durchführung nach dem Durchführen der Kabel mit einem härtbaren, gießfähigen, aus zwei Komponenten bestehenden Mittel verfüllt wird. 55 3 AT 501 010 B1

Aus der EP 0 869 303 A2 vom 7. Oktober 1998 ist eine Vorrichtung zum Verschließen einer Kabeldurchführung bekannt, die einen teilbaren Rahmen aufweist, der durch eine Wand hindurchgeführte Kabel mit Abstand umschließt. Zwischen den Kabeln sind Füll- und Packstücke vorgesehen. Der verwendete Rahmen weist vier Rahmenschenkel auf, die jeweils ein 5 u-förmiges Querschnittsprofil haben. Diese Rahmen umgreifen jeweils ein zweiteiliges Brandschutzkissen, dass seinerseits auf Füll- und Packstücken aufliegt, durch die die elektrischen Leitungen hindurchtreten. Hierbei handelt es sich um einen komplizierten Aufbau, der ähnlich der bisher genannten Dokumente des Standes der Technik nach Art einer zylindrischen und orthogonal zur Durchtrittsebene angeordneten Durchführung ausgebildet ist. 10

Weiterhin ist im Stand der Technik bekannt, Kabel durch die Rückwand eines Schaltschrankes zu führen (EP 0 618 656 A1 vom 5. Oktober 1994). Dieses Dokument beschreibt, dass zwischen zwei seitlichen Wänden, die eine Öffnung rahmenartig umgeben, dauerelastisches Material angeordnet ist, dass einen Leiter vollständig umgibt, der durch diese Öffnung tritt. Die dort 15 beschriebene Durchführung ist spritzwasser- und staubdicht, nicht jedoch gasdicht.

Auch dieser Stand der Technik ist nach Art einer orthogonalen Durchführung gestaltet. Die genanten Dokumente geben dem Fachmann keinerlei Hinweise auf eine anders orientierte Durchführung. Nachteilig am beschriebenen Stand der Technik ist der recht komplizierte Aufbau 20 und die geringen Dichtigkeitswerte.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leiterdurchführung zu schaffen, die den genannten Anforderungen des Automobilbaus gewachsen ist und einen derartig einfachen Aufbau besitzt, dass sie mit den Verfahren der Massenfertigung hergestellt werden kann. 25

Diese Aufgabe wird bei einer gas- und flüssigkeitsdichten elektrischen Durchführung mindestens eines Leiters durch eine Wand eines Kunststoffgehäuses dadurch gelöst, dass das Kunststoffgehäuse mindestens im Bereich des Leiters doppelwandig, bestehend aus einer Innen- und einer Außenwand, ausgebildet ist und vorzugsweise zwischen Innen- und Außenwand ein 3o dauerelastisches Material angeordnet ist, das den Leiter zwischen Innen- und Außenwand mindestes zur Innenwand vollständig umgibt.

Durch die doppelwandige Ausführung wird die Anfälligkeit für Lekagen wesentlich verringert. Da sich die Wahrscheinlichkeiten eines Versagens multiplizieren, ist das Risiko des Ausfalls ent-35 sprechend stark verringert. Die Ausfallwahrscheinlichkeit wird weiterhin positiv dadurch reduziert, dass ein dauerelastisches Material den Leiter über seinen gesamten Umfang an der Kante, wo er durch die Innenwand hindurch tritt, vollständig umhüllt. Deshalb werden auch Haarrisse, die sich infolge unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten bei den auftretenden hohen Temperaturwechseln ergeben können, sicher abgedichtet. 40

Die Leiterdurchführungen werden auch mechanisch entlastet, da der Leiter infolge der doppelwandigen Ausführung an zwei Stellen eingespannt ist. Mechanische Spannungen infolge von Vibrationen werden somit ebenfalls von der kritischen Kontaktzone zwischen Leitermaterial und Gehäusematerial ferngehalten. 45

Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausgestaltung bewährt, bei der das dauerelastische Material ein Silikonkautschuk ist, vorzugsweise ein Zwei-Komponenten-Silikonkautschuk. Dieser Kautschuk lässt sich Spritzgießen und weist eine hervorragende Haltekraft, sowohl zum Leitermaterial als auch zu den gängigen Gehäusematerialen, auf. 50

Den besonders aggressiven Umgebungsbedingungen im Automobilbau wird jedoch eine Ausgestaltung besonders gerecht, bei der das Gehäuse aus einem Polybutylenterephthalat (PBT), vorzugsweise glasfaserverstärkt, geformt ist. Überaschenderweise haftet der Silikonkautschuk auch an diesem Werkstoff, so dass er die Leiterdurchführung sicher abdichtet. 55 4 AT 501 010 B1

In Weiterbildung des Gehäuses ist vorgesehen, dass das Gehäuse teilweise von einer metallischen Grundplatte gebildet ist, die vorzugsweise den Bereich zwischen Innen- und Außenwand einseitig verschließend angeordnet ist. Die metallische Grundplatte erlaubt es mit Vorteil, die notwendigen hydraulischen Durchführungen vorzusehen, um das Getriebe schalten zu können. 5 Wenn die Grundplatte auch den Bereich zwischen Innen- und Außenwand verschließt, kann das dauerelastische Material bzw. der Silikonkautschuk gleichzeitig als Dichtung zwischen der Grundplatte des Gehäuses und dem Kunststoffteil des Gehäuses dienen. Nach dem Fügen der Grundplatte und des Kunststoffteils des Gehäuses wird dann erst der Silikonkautschuk in den doppelwandigen Bereich gespritzt. Durch die besonders gute Haftung von Silikonkautschuk io sowohl auf der metallischen Grundplatte als auch am Kunststoff des Gehäuses wird nicht nur eine sichere Abdichtung, sondern auch mit Vorteil eine hohe mechanische Festigkeit erreicht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Bereich zwischen Außen- und Innenwand einseitig von einer Brücke aus dem Gehäusewerkstoff geschlossen 15 ausgebildet ist. Auch diese Maßnahme erhöht die Standzeit der Leiterdurchführung.

Bei einer alternative Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Bereich zwischen Außen- und Innenwand allseitig von Brücken vorzugsweise von dem Gehäusewerkstoff umschlossen ausgebildet ist. 20

Die Erfindung wird beispielhaft anhand einer Zeichnung beschrieben, bei der funktional gleiche Teile mit denselben Bezugsziffern versehen sind.

Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen: 25 30

Figur 1 eine schematische Aufsicht auf die erfindungsgemäße Durchführung als Teil einer Gehäusewand,

Figur 2 einen Schnitt durch die Gehäusewand gemäß Figur 1 entlang Schnittlinie ll-ll,

Figur 3 einen Schnitt durch eine alternative Ausführungsform der Durchführung und Figur 4 einen Schnitt durch ein Detail eines Gehäuses mit erfindungsgemäßer Leiterdurchführung.

In Figur 1 bezeichnet 1 die erfindungsgemäße Durchführung in einer Aufsicht. Die Wand 3 eines Kunststoffgehäuses 4, von dem nur der Bereich der Leiterdurchführung gezeigt ist, be-35 steht aus einer Innenwand 6 und einer Außenwand 7. Dadurch ist die Wand 3 doppelwandig aufgebaut. Ein Bereich 5 zwischen Innenwand 6 und Außenwand 7 ist mit dauerelastischem Material, vorzugsweise Silikonkautschuk 8, ausgefüllt. Das Gehäusematerial ist vorzugsweise Glasfaser-verstärktes PBT. Die Leiter 2 sind beim Spritzen des Kunststoffgehäuses 4 nach der bekannten Insert-Methode mit eingespritzt, so dass sie fest zwischen der Innenwand 6 und der 40 Außenwand 7 brückenartig eingespannt sind. Der Silikonkautschuk 8 wird dann später in den Bereich 5 eingespritzt, wobei die Leiter 2 allseitig von dem Silikonkautschuk umhüllt werden.

Figur 2 stellt einen Schnitt durch das Wanddetail gemäß Figur 1 entlang der Schnittlinie 2 ll-ll dar. 45

Figur 3 zeigt einen Schnitt durch die Durchführung, bei der der mit Silikonkautschuk 8 gefüllte Bereich 5 allseitig hermetisch verschlossen ist. Unten verbindet eine Brücke 10 die Innenwand 6 mit der Außenwand 7. Auch oben ist der Silikonkautschuk 8 im Bereich 5 durch eine weitere Brücke 11 verschlossen, so dass nach außen nur der Gehäusewerkstoff sichtbar ist. 50

Figur 4 zeigt den Schnitt durch ein Detail eines praktisch ausgeführten Gehäuses. Das Kunststoffgehäuse 4 weist eine metallische Grundplatte 9 auf. Diese Grundplatte ist üblicherweise aus Aluminium gefertigt. Die Gehäusewand 3 stößt an diese Grundplatte 9 an und ist auf der der Grundplatte gegenüberliegenden Seite mittels eines Deckels 12 verschlossen. Im Bereich 5 55 der Durchführung des Leiters 2 ist der Zwischenraum zwischen Innenwand 6 und Außenwand 7

Claims

5 AT 501 010 B1 durch Silikonkautschuk 8 ausgefüllt. Der Silikonkautschuk dient nicht nur der sicheren Durchführung des Leiters 2, sondern stellt auch eine dichte und mechanisch feste, gut gedämpfte Verbindung zwischen der Gehäusewand 3 und der Grundplatte 9 dar. 5 Auf diese Weise ist eine Leiterdurchführung geschaffen, die für die Massenfertigung geeignet ist und selbst extremen Umweltbedingungen, wie sie beispielsweise innerhalb eines Automobilgetriebes vorliegen, standhält. Bezugszeichenliste 1 Durchführung 2 Leiter 3 Wand 4 Kunststoffgehäuse 5 Bereich 6 Innenwand 7 Außenwand 8 Dauerelastisches Material 9 Grundplatte 10 Brücke 11 Brücke 12 Deckel 25 Patentansprüche: 1. Gas- und flüssigkeitsdichte elektrische Durchführung (1) mindestens eines Leiters (2) durch eine Wand (3) eines Kunststoffgehäuses (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffgehäuse (4) mindestens im Bereich des Leiters (2) doppelwandig, bestehend aus 30 einer lnnen-(6) und einer Außenwand (7), ausgebildet ist, und vorzugsweise zwischen Innen-^) und Außenwand (7) ein dauerelastisches Material (8) angeordnet ist, das den Leiter zwischen Innen- und Außenwand mindestes zur Innenwand vollständig umgibt.
2. Elektrische Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dauerelas- 35 tische Material ein Silikonkautschuk ist, vorzugsweise ein Zwei-Komponenten-Silikon- kautschuk.
3. Elektrische Durchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus einem Polybutylenterephthalat (PBT), vorzugsweise glasfaserverstärkt, ge- 40 formt ist.
4. Elektrische Durchführung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) teilweise von einer metallischen Grundplatte (9) gebildet ist, die vorzugsweise den Bereich (5) zwischen lnnen-(6) und Außenwand (7) einseitig verschließend angeordnet 45 ist.
5. Elektrische Durchführung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich zwischen Außen-(7) und Innenwand (6) einseitig von einer Brücke (10), vorzugsweise aus dem Gehäusewerkstoff, geschlossen ausgebildet ist. 50
6. Elektrische Durchführung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich zwischen Außen-(7) und Innenwand (6) allseitig von Brücken (10,11), vorzugsweise von dem Gehäusewerkstoff umschlossen, ausgebildet ist. 55