DE102010025096B3

DE102010025096B3 - Dichtrahmen mit längsöldichter Stromdurchführung mittels Elastomerumspritzung

Info

Publication number: DE102010025096B3
Application number: DE102010025096A
Authority: DE
Inventors: Volker Urbanski; Stefan Rietzler; Dipl.-Ing.(FH) Erdmann Christoph; Dipl.-Ing.(FH) Zitarosa Francesco
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2030-06-26
Also published as: WO2011160856A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Element zur Führung von Leitungen, einen Dichtungsrahmen einer Abdichtung zwischen zwei Bauteilen, ein Bauteil, einen Verbrennungsmotor, die Verwendung der genannten Elemente sowie ein Herstellungsverfahren fur solche Elemente. Derartige Führungselemente dienen der mediendichten Durchführung von Leitungen durch Bauteile, insbesondere durch Dichtungsrahmen. Solche Dichtungsrahmen werden zur Abdichtung zwischen zwei oder mehr benachbarten Bauteilen benötigt. Sie werden insbesondere zur Abdichtung zwischen einem Zylinderkopf und der zugehorigen Zylinderkopfhaube, zur Abdichtung einer Ölwanne, beispielsweise gegenüber einem Kurbelgehause eines Verbrennungsmotors und/oder einem Getriebe oder zur Abdichtung eines Stirnwanddeckels entweder gegenüber einem Kurbelgehäuse und einer Ölwanne oder gegenüber einem Zylinderkopf und einer Zylinderkopfhaube eingesetzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dichtrahmen einer Abdichtung zwischen zwei Bauteilen, einen Verbrennungsmotor, die Verwendung der genannten Elemente sowie ein Herstellungsverfahren für solche Elemente. Derartige Dichtrahmen dienen der mediendichten Durchführung von Leitungen durch Bauteile, insbesondere durch Dichtungsrahmen. Sie werden zur Abdichtung zwischen zwei oder mehr benachbarten Bauteilen benötigt. Sie werden insbesondere zur Abdichtung zwischen einem Zylinderkopf und der zugehörigen Zylinderkopfhaube, zur Abdichtung einer Ölwanne, beispielsweise gegenüber einem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors und/oder einem Getriebe oder zur Abdichtung eines Stirnwanddeckels entweder gegenüber einem Kurbelgehause und einer Ölwanne oder gegenüber einem Zylinderkopf und einer Zylinderkopfhaube eingesetzt.
Die mit dem erfindungsgemäßen Dichtrahmen gelösten Probleme im Stand der Technik werden im Folgenden am Beispiel der Abdichtung zwischen einem Zylinderkopf und einer Zylinderkopfhaube beschrieben.
Die EP 0 454 895 B1 zeigt die Abdichtung zwischen einer Zylinderkopfhaube und einem Zylinderkopf. Eine derartige Abdichtung muss gegenüber Medien dicht sein, insbesondere ist die Heißöldichtigkeit von großer Bedeutung. Die EP 0 454 895 B1 stellt nun eine Dichtung vor, bei der elektrische Signale durch die Dichtung geführt werden. Hierzu sind in der Dichtung Öffnungen vorgesehen, durch die die Leitungen geführt werden können.
Die DE 195 28 678 C1 offenbart einen Einbaustecker, bei dem das Steckergehäuse zumindest teilweise aus einem elektrisch leitenden Material besteht und der Schutzleiterkontaktstift und das Steckergehäuse einstückig ausgebildet sind.
Problematisch hierbei ist, dass herkömmliche elektrische Leitungen einen Leitungsmantel aufweisen, längs dessen Fluide von der einen Seite der Dichtung zur anderen Seite der Dichtung gelangen können, da derartige elektrische Leitungen nicht mediendicht, insbesondere nicht heißöldicht sind. Dieselbe Abdichtungsproblematik ergibt sich bei der Durchführung von Lichtleitern durch die Dichtung.
Dichtungen zwischen zwei Bauteilen, wie beispielsweise zwischen dem Zylinderkopf und der Zylinderkopfhaube weisen heutzutage einen Dichtungsrahmen auf, der zwischen die beiden abzudichtenden Teile eingelegt wird. An dem Dichtungsrahmen, der herkömmlicherweise aus einem Duroplast oder einem Thermoplast hergestellt ist, sind elastomere Dichtungen angespritzt, die die eigentliche Abdichtung zwischen dem ersten Bauteil und dem Dichtungsrahmen sowie dem Dichtungsrahmen und dem zweiten Bauteil herstellen. Ein derartiger Dichtungsrahmen kann in unterschiedlichsten Geometrien hergestellt sein und auch größere Abstände zwischen den beiden abzudichtenden Bauteilen überbrücken. Er kann weiterhin Elemente enthalten, die zur Abstützung eines der Bauteile, beispielsweise der Zylinderkopfhaube dienen oder Elemente zur Führung von Leitungen innerhalb der Zylinderkopfhaube. In vielen Fällen fungiert der Dichtungsrahmen auch als Träger von z. B. Lagerschalen oder anderer Strukturbauteile.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nunmehr, einen Dichtrahmen sowie Verwendungen hierfür, insbesondere einen Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen, bei denen Leitungen von der Außenseite zur Innenseite der Dichtung bzw. in umgekehrter Richtung mediendicht geführt werden können. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen derartigen Dichtrahmen zur Verfügung zu stellen, der kostengünstig und einfach gefertigt werden kann. Eine weitere Aufgabe stellt ein Herstellungsverfahren für einen solchen Dichtrahmen dar.
Diese Aufgabe wird durch den Dichtrahmen nach Anspruch 1, den Verbrennungsmotor nach Anspruch 14, die Verwendungen derartiger Dichtrahmen nach Anspruch 15 sowie das Herstellungsverfahren nach Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Dichtrahmens sowie des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.
Der erfindungsgemäße Dichtrahmen dient der Abdichtung zwischen mehreren benachbarten Bauteilen, insbesondere zwei oder drei benachbarten Bauteilen, beispielsweise zwischen einer Zylinderkopfhaube und einem Zylinderkopf oder beispielsweise zwischen einem Stirnwanddeckel, einem Kurbelgehäuse und einer Ölwanne, zwischen einer Ölwanne und einem Kurbelgehäuse oder zwischen einer Ölwanne eines Getriebes und einem Getriebegehäuse. Auch andere Anwendungen überall dort, wo mehrere Bauteile gegeneinander abgedichtet werden sollen, sind möglich.
Der erfindungsgemäße Dichtrahmen weist nun eine Durchgangsöffnung auf, die von der Außenseite zur Innenseite der Dichtung durchgeht. Diese ist derart ausgestaltet, dass sie ein Leitungsführungselement, insbesondere einen Stecker, aufnehmen kann, das Leitungen, insbesondere elektrische Leitungen, Lichtleiter oder auch Flüssigkeitsleitungen, von der Außenseite zur Innenseite der Dichtung durchleitet. Das Leitungsführungselement ist mediendicht, vorteilhafterweise mit einer mediendichten, insbesondere elastischen Dichtung, gegenüber dem Dichtrahmen abgedichtet.
Das in den erfindungsgemäßen Dichtrahmen eingesetzte Leitungsführungselement, das in den Dichtrahmen eingesetzt wird oder eingesetzt ist, ist nunmehr erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass es ein Gehäuse aufweist, durch das von einer Eingangsseite zu einer Ausgangsseite mindestens eine durch das Leitungsführungselement durchführende Leitung vorgesehen wird. Erfindungsgemäß weist das Gehäuse eine Ausnehmung auf, durch die der Leiter ohne umlaufende Kabelhülle vorteilhafterweise verläuft.
Der Begriff Leiter schließt sowohl selbsttragende Leiter als auch Leiter mit Träger ein. Selbsttragende Leiter umfassen insbesondere meist mehrlitzige Kabel und massive Stanzgitter. Als Leiter mit Träger kommen insbesondere MID-Leiter (Moulded Interconnect Devices, spritzgegossene Schaltungsträger, 2- oder 3-dimensional), insbesondere mittels LDS (Laser-Direkt-Strukturierung) hergestellte Leiter zum Einsatz.
Diese Ausnehmung wird nun mit einem Dichtstoff derart gefüllt, dass der Leiter in der Ausnehmung vollständig von dem Dichtstoff in fluiddichter bzw. mediendichter Weise umgeben ist und der Dichtstoff den Raum zwischen Gehäuseinnenwand und Leiter vollständig abdichtet bzw. füllt. Der Dichtstoff dichtet also in gleicher fluiddichter bzw. mediendichter Weise gegenüber dem Gehäuse des Leitungsführungselementes ab. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn selbsttragende Leiter im Bereich der Ausnehmung ohne Kabelumhüllung eingesetzt werden, da der Bereich zwischen Kabel und Kabelumhüllung nicht mediendicht wäre. Bei mehrlitzigen Kabeln erfolgt vorteilhafterweise in den meisten Fällen eine Kompaktierung im Bereich der Ausnehmung, um die Mediendichtigkeit des Kabels sicherzustellen. Leiter mit Träger können vorteilhafterweise eingesetzt werden, wenn die Leiterbahn so auf dem Träger aufgebracht ist, dass die Grenzfläche mediendicht, insbesondere heißöldicht ist. Wesentlich ist also, dass jeder einzelne Leiter für sich genommen zumindest im Bereich der Ausnehmung mediendicht ist oder mediendicht abgedichtet ist. Außerhalb der Ausnehmung ist dies nicht notwendig. Dies erlaubt auch die Verbindung mehrerer Leitertypen zu einem von einem Ende zum anderen Ende des Leitungsführungselements führenden Leiter. Übergangs- bzw. Verbindungsstellen sind dabei vorteilhafterweise außerhalb der Ausnehmung angeordnet.
Weiterhin weist das Gehäuse einen zweiten Dichtbereich zur fluiddichten bzw. mediendichten Abdichtung gegenüber dem Dichtrahmen auf. Dieser zweite Dichtbereich ist daher zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite quer zur Durchleitungsrichtung des Leiters umlaufend auf der Außenseite des Gehäuses angeordnet. Der zweite Dichtbereich kann durch ein zweites umlaufendes Dichtelement oder auch durch eine abdichtende Schweißnaht oder dergleichen gebildet sein.
Das erste Dichtelement und das zweite Dichtelement können integral auch einteilig gefertigt sein, so dass das zweite Dichtungselement, das gegenüber einem Dichtrahmen abdichtet, zugleich auch die Ausnehmung überdeckt.
Mittels der erfindungsgemäßen Abdichtung ist nunmehr der Dichtungsrahmen vollständig mediendicht/fluiddicht abgedichtet. Das erste Dichtungselement übernimmt die Abdichtung zwischen der durchgeführten Leitung und dem Leitungsführungselement, das zweite Dichtungselement übernimmt die fluiddichte/mediendichte Abdichtung des Leitungsführungselements gegenüber einem Dichtrahmen.
Dadurch, dass der Leiter in der Ausnehmung ohne Kabelhülle verläuft, wird auch jeglicher Mediendurchtritt zwischen Leiter und Kabelhülle unterbunden. Der Dichtstoff des ersten Dichtungselements wird so ausgewählt, dass er mediendicht an dem jeweiligen Leiter anliegt. Hierzu eignen sich insbesondere Elastomere, insbesondere thermoplastische Elastomere, oder auch Thermoplaste. Auch für das zweite Dichtelement können dieselben Dichtstoffe verwendet werden. Bei Einsatztemperaturen unterhalb 140°C eignen sich insbesondere NBR (Acrylnitril-Butadien-Kautschuk), EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) und EVM (Ethyl-Vinyl-Acetat-Copolymer), bei höheren Einsatztemperaturen sind ACM (Polyacrylat-Kautschuk), AEM (Ethylen-Acrylat-Kautschuk) und HNBR (Hydrierter Acrylnitril-Butadien-Kautschuk), bei Temperaturen über 200°C FKM (Fluorpolymer-Kautschuk) bevorzugt.
Das Leitungsführungselement ist vorteilhafterweise als Stecker ausgebildet, der auf seiner Eingangsseite und/oder Ausgangsseite jeweils eine Buchse oder einen Stecker zum Anschluss von Eingangsleitungen oder Ausgangsleitungen aufweist. Die eingehenden und/oder ausgehenden Leitungen können jedoch auch unmittelbar an dem Leitungsführungselement befestigt, beispielsweise angelötet, sein.
Durch die Ausbildung eines separaten Leitungsführungselementes, beispielsweise als Stecker, und einer zugeordneten Aufnahmeöffnung in dem Dichtrahmen ist es möglich, das Leitungsführungselement erst nach der Fertigung des Dichtrahmens, beispielsweise erst nach dem Anspritzen der den Dichtrahmen umlaufenden elastomeren Dichtungen an den Dichtrahmen, in den Dichtrahmen einzusetzen. Damit wird vermieden, dass die Leitungsdurchführung durch den Dichtrahmen – wie im Stand der Technik – während des gesamten Fertigungsprozesses des Dichtrahmens bereits vorhanden ist und daher während des weiteren Herstellungsprozesses beschädigt werden kann. Das Leitungsführungselement kann in dem Dichtrahmen lösbar mittels Klipsen, Rastvorrichtungen oder auch Spanngabeln fixiert sein.
Weiterhin kann bei einer Störung der Leitungsdurchführung das jeweilige Leitungsführungselement ausgewechselt werden. Die vorliegende Erfindung ist also eine reparaturfreundliche Lösung für das Problem der Durchführung von Signalen (beispielsweise elektrischen Signalen oder Lichtsignalen) oder Flüssigkeiten durch einen Dichtrahmen.
Wesentlich vorteilhaft ist hier nun weiterhin, dass das Gehäuse des Leitungsführungselements aus einem anderen Material als das zur Abdichtung in dem ersten Dichtungselement und/oder dem zweiten Dichtungselement verwendete Material hergestellt werden kann. So kann das Gehäuse beispielsweise aus einem mechanisch robusten Thermoplast gefertigt werden, der seinerseits sich nicht zur Abdichtung gegenüber dem Dichtungsrahmen oder den durchgeführten Leitern eignen muss.
Als Werkstoffe für das Gehäuse des Leitungsführungselements eignen sich insbesondere PA (Polyamid), PBT (Polybutylen-Terephthalat), POM (Polyoxymethylen-Acetal-Polymer), LCP (flüssigkristalline Polymere), PPO (Poly-(p-phenylenoxid), PPS (Polyphenylensulfid), PEI (Polyethylenimid), PPA (Polyphthalamid). Außerhalb der Ausnehmung für das erste Dichtungselement steht das Gehäuse des Leitungsführungselements bei Abwesenheit eines Primers in direktem Kontakt mit dem Leiter. Bei diesen Anordnungen ist es vorteilhaft, die Werkstoffe von Gehäuse und Leiter so aufeinander abzustimmen, dass es nicht zu elektrochemischer Korrosion kommt.
Erfindungsgemäß kann das Leitungsführungselement mit einer beliebigen Außengeometrie, beispielsweise flach-oval oder auch rund, hergestellt werden. Die Außengeometrie des Leitungsführungselements kann auch längs der Durchleitung variiert werden, beispielsweise auf der Außenseite des Gehäuses (Zuleitung) rund sein und auf der Innenseite des Gehäuses (Ableitung) einen flachen ovalen Querschnitt aufweisen. Dem Fachmann sind durch das erfindungsgemäße Leitungsführungselement diesbezüglich keine Grenzen gesetzt.
Die Befestigung des Leitungsführungselements an dem Dichtrahmen kann beispielsweise durch Verkleben oder Verschrauben, Verschweißen oder dergleichen stoffschlüssige, kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindungen erfolgen. Ganz besonders eignet sich jedoch eine Verrastung des Leitungsführungselements mit dem Dichtrahmen mittels an beiden vorgesehenen, komplementären Rastmitteln, beispielsweise Rastnasen.
Zur Verbesserung der Mediendichtigkeit und der Anhaftung des Dichtmaterials des ersten Dichtelements kann zumindest im Bereich der Ausnehmung der durch das Leitungsführungselement geführte Leiter auf seiner Oberfläche eine Zwischenschicht aufweisen, die vorteilhafterweise als Isolierschicht/mediendichte Schicht oder auch als Haftvermittlungsschicht/Primer ausgestaltet ist. Als derartige Zwischenschicht eignet sich auf einem metallischen Leiter Phenolharz, Epoxidharz, Polyesterharz, Polyamid-Polyurethan-Copolymer auf Polyamidbasis und/oder ein Polyamid-Polyimid-Copolymer als einziger Bestandteil der Zwischenschicht oder in Verbindung mit weiteren Komponenten. Der Primer sorgt hierbei für eine verbesserte mediendichte Verbindung zwischen Leiter und erstem Dichtungselement.
Derartige Zwischenschichten eignen sich für die vorteilhafterweise verwendeten Materialien für einen elektrischen Leiter, wie Kupfer, Kupferlegierungen wie beispielsweise Messing, insbesondere CuZn₃₇, Aluminium (eloxiert oder nicht eloxiert), Stähle wie ferritische Edelstähle, rost- und/oder säurebeständige ferritische Edelstähle, austenitische Edelstähle, rost- und/oder säurebeständige austenitische Edelstähle, mit anderen Metallen beschichtete Stähle, beispielsweise mit Gold beschichtete Stähle.
Der Leiter, der durch die Ausnehmung geführt wird, kann mit den Zuleitungen und Ableitungen, beispielsweise den Pins des Eingangs- und/oder Ausgangssteckers, beispielsweise stoffschlüssig, als z. B. durch Löten oder Schweißen oder form- und/oder kraftschlüssig, also lösbar, z. B. durch Verklipsen, Einrasten, Crimpen oder Stecken verbunden sein. Es genügt, die oben genannten vorteilhaften Materialien für einen elektrischen Leiter etc. bei dem vorliegenden Leitungsführungselement nur für den Leiter im Bereich der Ausnehmung zu verwenden. Sie können jedoch auch in dem Leitungsführungselement außerhalb der Ausnehmung verwendet werden.
Die Pins eines Steckers oder Buchsenelements auf der Eingangsseite oder der Ausgangsseite des Leitungsführungselementes können einreihig oder mehrreihig angeordnet sein. Sie können einen flachen Querschnitt aufweisen oder auch rund sein, wobei ein flacher Querschnitt leichter in Form eines flachen Stanzgitters herstellbar und handhabbar ist. Bei mehrreihigen Anordnungen sind die Pins benachbarter Reihen bevorzugterweise seitlich gegeneinander versetzt, so dass auch hier ein Stanzgitter verwendet werden kann. Auch diese Pins können mit einer Phenolharzschicht, beispielsweise 5 bis 20 μm dick, als Primerschicht versehen sein.
Die Höhe des Leitungsführungselements kann beispielsweise über 2,5 mm, bei Rundsteckern auch über 50 mm, betragen.
Die Abdichtung zwischen dem Leitungsführungselement und dem Dichtrahmen kann durch ein zweites Dichtungselement erfolgen, das umlaufend um das Gehäuse quer zur Durchleitungsrichtung angeordnet ist. Dieses zweite Abdichtungselement kann materialeinheitlich mit dem ersten Dichtungselement und/oder auch integral mit diesem ausgebildet sein. Es kann jedoch auch als separates Dichtungsprofil ausgebildet sein. In beiden Fällen steht das zweite Dichtungselement vorteilhafterweise über das Gehäuse des Leitungsführungselementes über. Dabei kann es zum einen in einer Ebene quer zur Durchführungsrichtung in Richtung des Dichtungsrahmens über das Gehäuse überstehen.
Es ist jedoch auch möglich, an dem Gehäuse des Leitungsführungselementes einen Flansch oder einen Versatz auszubilden, an dem das zweite Dichtungselement angeordnet ist. In diesem Falle kann das zweite Dichtungselement von dem Flansch in Durchleitungsrichtung oder gegen die Durchleitungsrichtung hervorstehen. Beim Einsetzen des Leitungsführungselements in den Dichtrahmen wird das zweite Dichtungselement dann gegen einen entsprechenden Flansch oder Vorsprung des Dichtrahmens gedrückt und bewirkt damit die mediendichte Abdichtung zwischen dem Gehäuse des Leitungsführungselementes und dem Dichtrahmen. In gleicher Weise kann das zweite Dichtungselement auch an einer Stirnwand des Gehäuses des Leitungsführungselementes hervorstehen.
Das zweite Dichtungselement kann beispielsweise in einer geeigneten Nut in dem Gehäuse des Leitungsführungselements verlaufen. Es kann als Dichtschnur oder Dichtungsprofil ausgebildet sein.
Alternativ ist es auch möglich, dass das zweite Dichtungselement am Dichtungsrahmen angeordnet ist und beim Verbinden von Leitungsführungselement und Dichtrahmen zwischen diesen abdichtet. Statt eines zweiten Abdichtelementes aus beispielsweise elastischem Material, beispielsweise einer Dichtlippe, kann das Leitungsführungselement mit dem Dichtrahmen auch mittels einer mediendichten Schweißnaht verbunden werden.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines Dichtrahmens. In einem ersten Schritt werden ein oder mehrere in sich jeweils mediendichte Leiter so mit einem thermoplastischen oder duroplastischen Werkstoff umspritzt, dass das Gehäuse eines Leitungsführungselements mit einer fensterförmigen Ausnehmung entsteht. Die Leiter sind dabei von einander beabstandet und reichen von einem Ende des Leitungsführungselements zum anderen. Jeder Leiter kann dabei vorteilhafterweise bei Verwendung verschiedener Leitertypen bereits vorab zu einem durchgängigen Leiter verbunden werden. Weiter erfolgt das in Abhängigkeit von den verwendeten Werkstoffen ggf. vorteilhafte Primern ebenfalls vorab. Die Ausnehmung ist vorteilhafterweise so dimensioniert, dass sämtliche Leiter in diesem Bereich freiliegen. In einem zweiten Schritt wird in die Ausnehmung ein Elastomer, thermoplastisches Elastomer oder ein Thermoplast so eingebracht, dass es/er sich mit jedem – ggf. geprimerten – Leiter und umlaufend mit den Rändern der fensterförmigen Ausnehmung verbindet und dabei die gesamte Ausnehmung auffüllt. Zuletzt wird das Leistungsführungselement in eine Durchgangsöffnung eines Dichtrahmens eingesetzt.
In einer Variante wird ein zweites Dichtelement angebracht, indem entweder beim zweiten Schritt ein zweites Dichtelement, beispielsweise eine Dichtlippe, umlaufend überstehend über das Spritzgussteil des Leitungsführungselements im Bereich der Ausnehmung mit angeformt wird oder – zeitgleich mit dem zweiten Schritt oder hierzu zeitlich versetzt – in einem anderen Bereich des Gehäuses des Leitungsführungselements ein zweites Dichtelement, vorteilhafterweise eine umlaufend überstehende Dichtlippe, angeformt wird. Alternativ hierzu kann das zweite Dichtelement auch im oder an einem Dichtrahmen umlaufend in der zur Aufnahme des Leitungsführungselementes vorgesehenen Öffnung angebracht werden oder als Schweißnaht zwischen dem Gehäuse und dem Dichtrahmen ausgebildet sein. Dieser Schritt kann unabhängig von der Herstellung des Leitungsführungselements erfolgen.
Im Folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäßer Leitungsführungselemente und erfindungsgemäßer Dichtrahmen gegeben. Dabei bezeichnen gleiche oder ahnliche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente, so dass deren Beschreibung nicht immer wiederholt wird. Die folgenden Beispiele zeigen jeweils eine Kombination verschiedenster Elemente der vorliegenden Erfindung, die jedoch nicht nur in der im jeweiligen Beispiel gezeigten Kombination, sondern auch einzeln oder auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sind.
Es zeigen
1 einen Ausschnitt eines Dichtrahmens in Seitenansicht;
2 einen Ausschnitt des Dichtrahmens aus 1 in Schrägansicht;
3 ein Leitungsführungselement/Stecker in verschiedenen Stadien des Herstellverfahrens in Aufsicht;
4 das Leitungsführungselement/Stecker der 3 in Schrägansicht;
5 das Leitungsführungselement/den Stecker der 3 mit angespritztem, zweiten Dichtungselement in Schrägansicht;
6 einen Ausschnitt aus dem Dichtrahmen der 1 mit Leitungsführungselement gemäß 5;
7 ein weiteres Leitungsführungselement;
8 ein weiteres Leitungsführungselement;
9 ein weiteres Leitungsführungselement;
10 ein weiteres Leitungsführungselement und
11 eine Teilansicht eines weiteren Dichtrahmens.
1 zeigt einen Ausschnitt eines Dichtrahmens 1, wie er beispielsweise zwischen einem Zylinderkopf und einer Zylinderkopfhaube eines Verbrennungsmotors eingesetzt wird. Dieser Dichtrahmen 1 besitzt ein auf dem Zylinderkopf aufliegendes Rahmenteil 2, das zwischen dem Zylinderkopf und der Zylinderkopfhaube umläuft. Dieses Rahmenteil wird mittels Schrauben durch Schraubenlöcher 5 gemeinsam mit der Zylinderkopfhaube auf dem Zylinderkopf befestigt. Das Rahmenteil 2 weist oberseitig und unterseitig eine angespritzte elastomere Dichtung 4 auf, die zwischen dem Zylinderkopf und dem Dichtrahmen sowie zwischen dem Dichtrahmen und der Zylinderkopfhaube mediendicht abdichtet.
Erfindungsgemäß weist der Dichtrahmen 1 nun eine Öffnung 3 auf, durch die ein Leitungsführungselement, im Folgenden ein Stecker zur Leitungsdurchführung durch den Dichtrahmen 1, angeordnet werden kann. Der Dichtrahmen ist bevorzugt aus einem Polyamid (PA), beispielsweise PA 6 oder PA 66 gebildet.
2 zeigt einen Ausschnitt des Dichtrahmens 1 aus 1, jedoch in Schrägansicht. Es ist zu erkennen, dass auf der Innenseite des Dichtrahmens 1 eine Aufnahme bzw. ein Anschlag 6 zur Festlegung eines durch die Öffnung 3 geschobenen Steckers in Längsrichtung der Öffnung 3 vorgesehen ist. Auch ein seitlicher Anschlag 6' ist vorgesehen sowie ein Rastelement 7, mit dem ein Stecker, der durch die Öffnung 3 von der Außenseite zur Innenseite geschoben wird, an dem Dichtrahmen 1 verrastet werden kann.
3 zeigt nun einen zugehorigen Stecker zur Leitungsdurchführung durch den Dichtrahmen 1 zum Einsatz in die Öffnung 3 des Dichtrahmens 1, im Teilbild A im unfertigen Zustand, im Teilbild B im halbfertigen Zustand, namlich nach Anbringung des ersten Dichtelements.
Dieser Stecker 10 weist ein Gehäuse 11 auf, durch das Leitungen 13 geführt sind. Auf der Außenseite des Steckers besitzt dieser eine Buchse 20 zum Anschluss von elektrischen Leitungen. Auf der anderen Seite des Steckers, die im eingebauten Zustand auf der Innenseite der Zylinderkopfhaube bzw. des Dichtrahmens 1 zu liegen kommt, sind mit den Leitungen 13 Zuleitungen 12 verbunden. Prinzipiell könnten die Leitungen 13 und die zugehörigen Zuleitungen 12 jedoch auch einteilig sein.
Erfindungsgemäß weist das Gehäuse 11 des Steckers 10 im Bereich der Leitungen 13 eine Ausnehmung 18 auf, so dass in dem in 3 dargestellten Zustand des Steckers 10 die Leitungen 13 offen liegen. Diese Leitungen 13 weisen keine Kabelisolierung auf. Gegebenenfalls können sie jedoch eine Haftvermittlungs- oder Primerschicht aufweisen, die in mediendichter Weise auf die Leitungen 13 aufgebracht ist.
In Teilbild B ist in der Ausnehmung 18 ein Elastomer 17 als erstes Dichtungselement 17a eingebracht. Das Elastomer 17 fullt die Ausnehmung 18 vollständig aus, so dass es zur Adhäsion des Elastomers 17 sowohl auf den Leitungen 13 bzw. dem die Leitungen umgebenden Primer als auch an der Wandung der Ausnehmung 18 kommt. Das Elastomer 17 kann, muss aber wie gezeigt nicht, über die angrenzende Oberfläche des Gehäuses 11 überstehen.
4 zeigt nun den Stecker aus 3 in Schrägansicht auf die Buchse 20. In der Buchse 20 sind Pins 14 angeordnet, die als Zu- bzw. Ableitung für elektrische Signale zu den Leitungen 13 dienen. Weiterhin ist hier auf dem Gehäuse 11 eine Rastvorrichtung 16 zu erkennen, mit der ein Stecker, der in die Buchse 10 eingeschoben wird, mit dem Gehäuse 11 verrastet werden kann. Die Vorsprünge 15 dienen auf Ober- und Unterseite als Führungselemente.
5 zeigt denselben Stecker in fertigem Zustand in ähnlicher Schrägansicht wie in 4. Im Unterschied zur 4 und zur 3, die einen halbfertigen Zustand des Steckers 10 zeigen, ist hier im Bereich der Ausnehmung 18 ein Elastomer 17 angespritzt, das nicht nur die Ausnehmung 18 verfüllt. Dieses Elastomer, im vorliegenden Beispiel AEM, Ethylenacrylatkautschuk, umgibt die aus Kupfer-Stanzgitter bestehenden Leitungen 13 in fluiddichter Weise und sorgt so für eine vollständig fluiddichte Abdichtung zwischen der Buchse 20 und der Zuleitung 12 in Durchleitungsrichtung des Steckers 10. Der Stecker 10 selbst ist hier aus PA (Polyamid) gebildet. Anders als in den 3 und 4 ist dieses Elastomer 17 auch als umlaufendes Dichtungsband um das Gehäuse 11 ausgebildet, so dass es zugleich als zweites Dichtelement zwischen dem Stecker 10 und dem Dichtrahmen 1 in der Öffnung 3 dient.
Dies ist in 6 dargestellt, bei der der Stecker 10 in die Öffnung 3 des – nur ausschnittsweise dargestellten – Dichtrahmens 1 eingesetzt ist. Besonders gut sind die Anschläge 6 und 6' zu erkennen, die die Position des Steckers 10 in dem Dichtrahmen 1 festlegen.
7 zeigt ein weiteres Leitungsführungselement, das keinen flachen ovalen Querschnitt, sondern einen runden Querschnitt aufweist. Das Leitungsführungselement 10 ist ebenfalls als Stecker ausgebildet, der hier statt in einem Dichtungsrahmen in ein schematisch dargestelltes Bauteil 1A eingesetzt ist. Der Stecker weist Fluiddurchführungen 14 anstelle der elektrischen Leitungen 13 auf. Die Leitungen 14 konnen jedoch auch Lichtleiter, beispielsweise Glasfasern, oder elektrische Leitungen sein.
Insbesondere bei hoherer Feuchtigkeitsbelastung wird anstelle von PA bevorzugt PBT (Polybutylen-Terephthalat) sowohl für den Dichtrahmen 1 oder das Bauteil 1A als auch für das Gehäuse des Leitungsführungselements 10 verwendet.
8 zeigt einen weiteren erfindungsgemaßen Stecker 10, der in ähnlicher Weise wie der Stecker gemäß 3 ausgebildet ist. Teilbild B zeigt den Stecker vor Aufbringen des Dichtungsmaterials, wobei die Leitungen 13 in der Ausnehmung 18 freiliegen. Teilbild A zeigt dieselbe Draufsicht nach Aufbringen des Dichtungsmaterials, hier eines thermoplastisches Elastomer. Im Unterschied zum Stecker in 3 ist nunmehr die erste Dichtung 17a lediglich im Bereich der Ausnehmung 18 vorgesehen, um eine Abdichtung zwischen den Leitungen und dem Steckergehäuse 11 zu gewährleisten. Die Abdichtung zwischen dem Gehäuse 11 und einem Dichtrahmen erfolgt durch die umlaufende elastische Dichtung 17b. Die flexiblen Dichtungen 17a und 17b können insbesondere materialeinheitlich ausgeführt sein. Im Gegensatz hierzu ist bei diesem Stecker das Gehäuse 11 aus einem Thermoplasten oder Duroplasten, so dass das Gehäuse des Steckers aus einem festen Material in gewünschter Form vorliegt. Bei der 8 handelt es sich ebenfalls um einen auf der Seite der Buchse 20 in runder Form ausgeführten Stecker 10 zur Durchleitung von elektrischen Signalen mittels metallischer Leiter. Teilbilder C und D stellen Frontalansichten des Steckers dar, jeweils mit zweireihiger Anordnung der Pins 14. Im Teilbild C sind die beiden Reihen parallel zueinander angeordnet, während Teilbild D eine seitlich versetzte Anordnung zeigt.
9 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Rundstecker, bei dem die Buchse in etwas anderer geometrischer Form als in 3 oder 8 ausgeführt ist.
Die 9 zeigt einen Querschnitt durch den Stecker, so dass nunmehr die Leitungen 13 in voller Länge vom Stecker 20 bis zu einer Lötstelle 21 zu erkennen sind. An der Lötstelle 21 sind diese Leitungen 13 mit den Zuleitungen 12 verbunden. Das Gehäuse 11 des Steckers 10 weist wiederum eine Ausnehmung 18 auf, in der die Leitungen 13 freiliegend angeordnet sind. In diese Öffnung 18 ist nun ein Polymer 17a eingebracht, das in fluiddichter Weise sich mit den Leitungen 13 verbindet und zugleich eine fluiddichte Abdichtung zwischen dem Polymer 17a und dem Gehäuse 11 gewährleistet. Als zweites Dichtelement ist eine umlaufende elastomere Profildichtung 17b an dem Gehäuse angebracht. Diese Dichtung 17b dichtet in radialer Weise zu einem Dichtrahmen 1 ab. Der Stecker 10 weist weiterhin einen Flansch 22 auf, mit dem der Stecker 10 an der Öffnung eines Dichtrahmens festgelegt wird.
Wahrend 9A den Stecker 10 mit der Elastomerdichtung 17a und der Elastomerdichtung 17b darstellt, ist derselbe Stecker in 9B ohne die beiden elastomeren Dichtungen 17a und 17b in halbfertigem Zustand dargestellt.
10 zeigt einen weiteren Stecker 10, der in ähnlicher Weise wie der Stecker der 8 ausgebildet ist. Der Stecker, der in 10 dargestellt ist, weist einen Flansch 22 auf. Im Unterschied zum Stecker 10 aus 8 ist nunmehr die zweite elastomere Dichtung 17b nicht in radialer Weise auf dem Gehäuse 11 des Steckers 10 angeordnet, sondern in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Durchleitung der Leitungen 13 bzw. in Richtung der Durchführung des Steckers durch eine Öffnung 3 eines Dichtrahmens an dem Flansch 22 angeordnet. Auch hierdurch ergibt sich eine hervorragende Abdichtung zwischen dem Gehause 11 des Steckers 10 und einem Dichtrahmen 1.
11 stellt einen Teil eines weiteren Dichtrahmens 1 sowie eine aus zwei Teilen 50a, 50b bestehende Ventilhaube 50 dar. Wahrend das untere Haubenteil 50b als rahmenförmiges Bauteil ausgebildet ist, ist das obere Haubenteil 50a als eigentlicher Deckel ausgebildet. Diese Bauform einer Ventilhaube 50 wird insbesondere dann eingesetzt, wenn der umgebende Bauraum stark begrenzt ist, um einen problemlosen Zugang zu den Ventilen zu schaffen. Der Stecker 10 ist hier als runder Stecker ausgeführt, so dass der Dichtrahmen 1 im Bereich der Öffnung 3 stark nach oben auskragt. Der Auskragung bzw. den Dimensionen des Steckers trägt ein Rücksprung 51 im unteren Haubenteil 50b Rechnung. Wie in den vorangehenden Ausführungsformen umgibt den Stecker eine elastomere Dichtung 17 umlaufend. 11 zeigt weiter eine Klammer 40, mit der der Stecker 10 nach Einführung in die Öffnung 3 am Dichtrahmen 1 befestigt wird.

Claims

Dichtrahmen zur Anordnung einer Dichtung zwischen mindestens zwei benachbarten, gegeneinander abzudichtenden Bauteilen, wobei der Dichtrahmen mindestens eine Durchgangsöffnung zwischen einer Eingangsseite für eine Zuleitung und einer Ausgangsseite für eine Ableitung als voneinander abzudichtenden Seiten aufweist, die zur Aufnahme eines Leitungsführungselementes zur Durchführung mindestens eines Leiters für Strom oder Licht ausgebildet ist, wobei das Leitungsführungselement mit einem Gehäuse zur Führung des mindestens einen Leiters durch das Gehäuse von der Eingangsseite zu der Ausgangsseite versehen ist, und das Gehäuse eine Ausnehmung aufweist, durch die der Leiter ohne Kabelhülle verläuft, wobei die Ausnehmung derart mit einem Dichtstoff als erstem Dichtungselement gefüllt ist, dass der Leiter in der Ausnehmung vollständig von dem Dichtstoff in fluiddichter Weise umgeben ist, und das Gehäuse weiterhin einen zweiten Dichtungsbereich aufweist, der das Gehäuse in zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite umlaufender Weise umgibt, derart, dass die Durchgangsöffnung mittels des zweiten Dichtbereichs in fluiddichter Weise abdichtbar ist.
Dichtrahmen nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur mediendichten Abdichtung zwischen dem Dichtrahmen und dem Leitungsführungselement im zweiten Dichtungsbereich eine am Leitungsführungselement oder an dem das Leitungsführungselement umgebenden Dichtrahmen angeordnete, das Gehäuse des Leitungsführungselements in zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite umlaufender Weise abdichtendes zweites Dichtungselement oder eine Schweißnaht angeordnet ist.
Dichtrahmen nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dichtungselement und das zweite Dichtungselement integral bzw. einstückig ausgebildet sind.
Dichtrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dichtungselement und/oder gegebenenfalls das zweite Dichtungselement ein Elastomer, ein thermoplastisches Elastomer, oder einen Thermoplast, insbesondere NBR (Acrylnitril-Butadien-Kautschuk), EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), EVM (Ethyl-Vinyl-Acetat-Copolymer), ACM (Polyacrylat-Kautschuk), AEM (Ethylen-Acrylat-Kautschuk), HNBR (Hydrierter Acrylnitril-Butadien-Kautschuk), oder FKM (Fluorpolymer-Kautschuk) enthält oder daraus besteht.
Dichtrahmen nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Dichtungselement zumindest bereichsweise in Form einer Dichtschnur und/oder eines Dichtprofils ausgebildet ist, die über das Gehäuse überstehen.
Dichtrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Dichtungsbereich als Bereich zum Anbringen einer Schweißnaht oder als Auflagefläche eines umlaufenden weiteren Dichtelementes ausgebildet ist.
Dichtrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter in der Ausnehmung unmittelbar von dem ersten Dichtelement umgeben ist und/oder eine Zwischenschicht, insbesondere eine Isolierschicht und/oder Haftvermittlungsschicht, aufweist.
Dichtrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter ein selbsttragender Leiter, insbesondere aus einem Kabel und/oder einem Stanzgitter, oder ein Leiter mit einem Träger, insbesondere ein MID(Molded Interconnected Devices)-Leiter ist.
Dichtrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite zumindest teilweise oder vollständig umlaufenden Flansch aufweist, an einer dessen Stirnseiten in Durchführungsrichtung des mindestens einen Leiters der zweite Dichtbereich angeordnet ist.
Dichtrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite zumindest teilweise oder vollständig umlaufend eine Nut als Teil des zweiten Dichtbereichs aufweist, in der ein zweites Dichtelement anordenbar oder angeordnet ist.
Dichtrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungsführungselement als Stecker mit Steckergehäuse oder Buchse mit Buchsengehäuse ausgebildet ist und gegebenenfalls erste Verbindungsmittel, insbesondere Rastmittel, zur Festlegung des Steckers in einer Buchse oder zur Festlegung der Buchse in einem Stecker aufweist.
Dichtrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungsführungselement in der Durchgangsöffnung angeordnet ist.
Dichtrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Dichtrahmen zweite Verbindungsmittel, insbesondere Rastmittel, angeordnet sind, die mit ersten Rastmitteln zur Festlegung des Leitungsführungselementes an dem Dichtrahmen zusammenwirken.
Verbrennungsmotor mit einem Zylinderkopf und einer Zylinderkopfhaube, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zylinderkopf und der Zylinderkopfhaube ein Dichtrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 13 angeordnet ist.
Verwendung eines Dichtrahmens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Abdichtung einer Zylinderkopfhaube, einer Ölwanne eines Verbrennungsmotors oder einer Ölwanne eines Getriebes.
Verfahren zur Herstellung eines Dichtrahmens zur Anordnung einer Abdichtung zwischen mindestens zwei benachbarten, gegeneinander abzudichtenden Bauteilen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch Umspritzen mindestens eines Leiters mit einem thermoplastischen oder duroplastischen Werkstoff zur Herstellung eines Gehäuses eines Leitungsführungselements zur Führung des mindestens einen Leiters von einer Eingangsseite des Gehäuses für eine Zuleitung zu einer Ausgangsseite des Gehäuses für eine Ableitung derart, dass das Gehäuse eine Ausnehmung aufweist, in der der Leiter ohne Kabelhülle verläuft, Ausbilden eines ersten Dichtungselementes durch Füllen der Ausnehmung mit einem Elastomer, thermoplastischen Elastomer oder Thermoplast unter Ausbildung einer adhäsiven, mediendichten Bindung zwischen dem Leiter und dem ersten Dichtungselement sowie zwischen dem ersten Dichtungselement und dem Gehäuse und wobei das Gehäuse derart ausgebildet wird, dass es einen zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite umlaufenden zweiten Dichtungsbereich aufweist, und Einsetzen des so hergestellten Leitungsführungselements in eine Durchgangsöffnung eines Dichtrahmens.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Leiter vor der Ausbildung des ersten Dichtungselementes in der Ausnehmung mit einem haftvermittelnden oder abdichtenden Primermaterial versehen wird.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Leiter im Bereich der Ausnehmung vor dem Umspritzen keine Kabelhülle aufweist oder davon befreit wird oder der Leiter im Bereich der Ausnehmung nach dem Umspritzen und vor Ausbildung des ersten Dichtelementes von der Kabelhülle befreit wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter Dichtbereich ein zweites Dichtelement, vorteilhafterweise eine Dichtlippe, an dem Gehäuse oder an einem das Gehäuse umgebenden Dichtungsrahmen angebracht, vorteilhafterweise angespritzt wird, oder eine Schweißnaht zwischen dem Gehäuse des Leitungsführungselementes und dem Dichtungsrahmen das Gehäuse umlaufend umgebend angebracht wird.