DE102012018055A1

DE102012018055A1 - Abdichtung eines elektrische und/oder elektronische Komponenten aufnehmenden Gehäuses

Info

Publication number: DE102012018055A1
Application number: DE102012018055.1A
Authority: DE
Inventors: Dan Fischer; Andreas Köster; Andreas Ludwig; Rico Mende; Stefan Schlayer; Barbara Seling; Helmut Weikert; Norbert Wiesheu; Fabian Vesenmaier; Andreas Warkentin; Tobias Zorn
Original assignee: Daimler AG; ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG; Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2014-03-13
Also published as: WO2014040693A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abdichtung eines Gehäuses (1), das elektrische und/oder elektronische Komponenten (2) aufnimmt, wobei das Gehäuse (1) zumindest zwei über eine Flanschverbindung (3) aneinander befestigte Gehäuseteile (1.1, 1.2) umfasst, die einander gegenüberstehende Dichtflächen (4, 5) aufweisen, die gegeneinander verspannt sind, und ein elastischer Dichtkörper (6) die beiden Gehäuseteile (1.1, 1.2) gegeneinander abdichtend zwischen die beiden einander gegenüberstehenden Dichtflächen (4, 5) eingebracht ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in den elastischen Dichtkörper (6) elektrisch leitende Implantate (8) eingebracht sind, welche den Dichtkörper (6) vollständig durchdringen und an den beiden gegenüberstehenden Dichtflächen (4, 5) anliegen oder in eine oder beide Dichtflächen (4, 5) eindringen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Abdichtung eines Gehäuses, das elektrische und/oder elektronische Komponenten aufnimmt, im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Abdichtung eines Batteriegehäuses, beispielsweise einer Traktionsbatterie, insbesondere Lithium-Ionen-Batterie, eines Kraftfahrzeugs oder eines Gehäuses, das die Steuerungselektronik und/oder elektrische Komponenten zum Betrieb einer solchen Batterie aufnimmt. Eine solche Traktionsbatterie wird in Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen zur Energieversorgung des Traktionsmotors verwendet.
Es ist dem Fachmann bekannt, dass elektrische und/oder elektronische Komponenten je nach Einsatzbereich gegen elektromagnetische Strahlung abgeschirmt werden müssen. Diese Abschirmung kann einerseits dazu dienen, die elektrischen oder elektronischen Komponenten vor elektromagnetischer Strahlung zu schützen, die eine Funktionsstörung verursachen könnte. Andererseits kann eine solche Abschirmung dazu dienen, die Umwelt von elektrischen oder elektronischen Komponenten vor elektromagnetischer Strahlung, die durch die Komponenten selbst induziert wird, zu schützen, um eine sogenannte elektromagnetische Verträglichkeit sicherzustellen. Dementsprechend spricht man im letztgenannten Fall, wie ihn die vorliegende Erfindung in einer Ausführungsform betrifft, auch von einer EMV-Gehäuseabschirmung von elektrischen und/oder elektronischen Komponenten, da die Abschirmung in der Regel durch ein elektrisch leitendes, meist metallisches Gehäuse erreicht wird.
Wenn ein Gehäuse, das elektrische und/oder elektronische Komponenten aufnimmt, eine elektromagnetische Abschirmung sicherstellen soll und aus mehreren Gehäuseteilen besteht, so ist es wichtig zu verhindern, dass die elektromagnetische Abschirmung an dem Spalt zwischen den Gehäuseteilen bzw. der sogenannten Teilfuge gestört oder unterbrochen wird. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Spalte im Gehäuse von elektronischen Teilen mit einem elektromagnetisch abschirmenden Band bedeckt werden. Ein solches elektromagnetisch abschirmendes Band wird in der Patentschrift DE 39 43 295 C2 beschrieben.
Eine andere Lösung sieht vor, eine elektromagnetische Abschirmung durch die Verwendung von Polymeren zu erreichen, die aus einem leitfähigen Polymer-Verbundwerkstoff, auch CPC-Material genannt, bestehen. Ein solcher Polymer-Verbundwerkstoff wird im europäischen Patent EP 0 971 366 B1 beschrieben.
Eine weitere Möglichkeit der elektromagnetischen Abschirmung eines Raumes kann durch ein tapetenartiges Vlies aus synthetischen Fasern, Garnen oder dergleichen erreicht werden, wobei jede Faser, jedes Garn oder dergleichen des Vlieses durch eine Metallauflage rundum ummantelt ist. Zusätzlich können an die Metallauflage weitere Partikel aus ferromagnetischem Material angelagert sein, um der aus dem Vlies und der Metallauflage bestehenden Abschirmung eine gewisse Permeabilität zu verleihen. Dies wird in der Offenlegungsschrift DE 197 12 043 A1 beschrieben.
Andere Gehäuseauskleidungen oder Gehäusewandgestaltungen zur Abschirmung eines Gehäuses einer Mikrowellenschaltung werden in den Patentschriften DE 199 32 544 C1 und DE 197 28 839 C1 beschrieben.
Schließlich beschreibt die Offenlegungsschrift DE 1 286 596 A eine Streifenabdichtung mit einem stärker kompressiblen, nicht gefüllten, isolierenden Kunststoffbelag, der einen Kern bildet, und einen einseitig auf diesen aufgebrachten stromleitenden Belag. Die Streifendichtung wird für die Hochfrequenzabschirmung und für Mikrowellenleiterabdichtungen verwendet.
Nachteilig an den genannten Abschirmungen ist, dass diese bei einer tapetenartigen flächigen Ausbildung in manchen Anwendungsfällen nur mit großem Aufwand auf das Gehäuse oder in das Gehäuse einbringbar sind und häufig nicht die geforderte Haltbarkeit aufweisen. Die bekannten Polymerabdichtungen oder Dichtbänder mit aufgebrachter elektrischer Leitschicht oder eingebrachten, insbesondere dispergiertem leitfähigen Füllstoff sind hingegen teuer in der Herstellung, aufgrund der miteinander verbundenen Komponenten nur schwer zu verarbeiten und weisen häufig gegenüber herkömmlichen Abdichtungen eine verminderte Haltbarkeit und schlechtere Dichtfunktion auf.
Die genannten Nachteile sind besonders dann gravierend, wenn ein Gehäuse für elektrische und/oder elektronische Komponenten eines Serienproduktes in großer Stückzahl, beispielsweise für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, abgedichtet werden soll und damit die Möglichkeit einer kostengünstigen Herstellung, einem geringen Wartungsaufwand und einer langen Lebensdauer entscheidend ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die daher die Aufgabe zugrunde, eine Abdichtung eines Gehäuses, das elektrische und/oder elektronische Komponenten aufnimmt, anzugeben, die einfach und kostengünstig herstellbar ist, eine lange Lebensdauer aufweist und zumindest annähernd dieselben günstigen Dichteigenschaften aufweist, wie dies bei herkömmlichen nicht elektrisch leitenden Abdichtungen der Fall ist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Abdichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Die erfindungsgemäße Abdichtung eines Gehäuses, das elektrische und/oder elektronische Komponenten aufnimmt, wobei das Gehäuse zumindest zwei über eine Flanschverbindung aneinander befestigte Gehäuseteile umfasst, die einander gegenüberstehende Dichtflächen aufweisen, die gegeneinander verspannt sind, weist einen elastischen Dichtkörper auf, der die Gehäuseteile gegeneinander abdichtend zwischen die beiden einander gegenüberstehenden Dichtflächen eingebracht ist.
Erfindungsgemäß sind in dem montierten Zustand des Gehäuses elektrisch leitende Implantate in den elastischen Dichtkörper eingebracht, welche den Dichtkörper vollständig durchdringen und an den beiden gegenüberstehenden Dichtflächen anliegen oder sogar in eine oder beide von diesen eindringen.
Das Gehäuse ist insbesondere ein Gehäuse einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, die beispielsweise eine Vielzahl von miteinander elektrisch kontaktierte Batterieeinzelzellen umfasst, oder ein Gehäuse, das die Steuerungselektronik und/oder elektrische Komponenten zum Betrieb einer solchen Batterie aufnimmt.
Durch die elektrisch leitenden Implantate, die gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform den Dichtkörper erst bei der Montage bzw. bei der Verspannung der einander gegenüberstehenden Dichtflächen durchdringen, man könnte auch durchstoßen sagen, wird ein elektrischer Kontakt zwischen den Gehäuseteilen hergestellt. Das Gehäuse kann damit als geschlossener Faradayscher Käfig ausgebildet werden.
Wenn die Implantate als separate Bauteile zu dem Dichtkörper vorgesehen werden, kann ein herkömmlicher Dichtkörper zur Abdichtung verwendet werden, dessen Haltbarkeit und Dichtungseigenschaften optimiert werden können, da kein elektrisch leitender Fremdkörper oder elektrisch leitendes Material in dem Dichtelement selbst bei dessen Herstellung eingebettet werden muss. Außerdem können in der Herstellung wesentlich kostengünstigere Dichtkörper verwendet werden. Jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. So können die Implantate auch als eigenständige Bauteile in den Dichtkörper eingebettet werden und insbesondere vor dem Verspannen der Dichtflächen beidseitig oder vollständig von diesem bedeckt sein.
Der Dichtkörper kann beispielsweise als lang ausgestrecktes Dichtband oder als Endlosband ausgeführt sein, das zwischen die einander gegenüberstehenden Dichtflächen der Flanschverbindung der Gehäuseteile eingelegt ist.
Eine besonders leichte Abdichtung kann erzielt werden, wenn das Gehäuse aus genau zwei Gehäuseteilen besteht, die über eine Teilfuge mit der erfindungsgemäß abgedichteten Flanschverbindung miteinander verbunden sind. Jedoch ist die Erfindung auch bei Gehäusen mit mehr als zwei Gehäuseteilen anwendbar.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind die Implantate auf einer Seite des Dichtkörpers zwischen den Dichtkörper und die dieser Seite zugeordnete Dichtfläche eingelegt und weisen einen oder mehrere Vorsprünge auf, der/die den Dichtkörper bis auf die andere Dichtfläche oder sogar in diese hinein durchdringen. So ist es beispielsweise möglich, die Implantate bei der Montage des Gehäuses zunächst getrennt vom Dichtkörper auf die Dichtfläche eines Gehäuseteils aufzulegen, beispielsweise als Unterlegscheiben über die Schrauben einer Flanschverschraubung einzusetzen und anschließend den Dichtkörper auf die Implantate bzw. den nicht von den Implantaten bedeckten Bereich der Dichtfläche aufzulegen und schließlich das zweite Gehäuseteil mit seiner Dichtfläche auf den Dichtkörper aufzulegen. Wenn nun die beiden Gehäuseteile entlang ihrer Dichtflächen gegeneinander verspannt werden, so durchdringen die Implantate den Dichtkörper und verbinden die beiden Gehäuseteile elektrisch miteinander.
Selbstverständlich ist es auch möglich, auf die Dichtfläche des ersten Gehäuseteils zunächst den Dichtkörper aufzulegen, dann die Implantate aufzulegen und dann das zweite Gehäuseteil mit seiner Dichtfläche aufzulegen.
Neben den Vorsprüngen oder allgemein dem ersten Teilbereich der Implantate, welche/welcher den Dichtkörper durchdringt, kann ein zweiter Teilbereich der Implantate bzw. von dessen Oberfläche vorgesehen sein, mit welchem die Implantate lediglich am Dichtkörper anliegen. Hierbei ist es möglich, dass der Dichtkörper im Bereich dieses anliegenden Teilbereichs Aussparungen aufweist, um auch hier eine elektrische Kontaktierung beider Gehäuseteile zu ermöglichen. Wenn beispielsweise die Implantate als Scheiben über Schrauben einer Flanschverschraubung übergestülpt sind und der Dichtkörper ebenfalls Öffnungen aufweist, die über die Schrauben übergestülpt sind, so können die Öffnungen im Dichtkörper mit einer größeren Fläche als die Aufnahmen für die Schrauben in den Implantaten ausgeführt sein.
Günstig ist es, wenn die Vorsprünge auf den Implantaten als Krallen ausgeführt sind, die sich beim Verspannen der beiden Gehäuseteile bis in die Dichtflächen oder zumindest eine der Dichtfläche hineinfräsen. Beispielsweise kann eine der beiden Dichtflächen oder können beide Dichtflächen mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen sein, beispielsweise einer kathodischen Tauchlackierung (KTL), und die Implantate durchdringen beim Verspannen der Gehäuseteile diese Beschichtung so vollständig, dass eine elektrische Kontaktierung der Gehäuseteile durch die Beschichtung hindurch erfolgt.
Der Dichtkörper kann beispielsweise aus einem Elastomer, Silikon, TPE oder NBR hergestellt sein. Andere Materialien sind möglich.
Günstig ist es, wenn der Abstand zwischen den einzelnen Implantaten in der Abdichtung begrenzt ist, beispielsweise auf 100 mm, 80 mm, 60 mm oder weniger.
Die einzelnen Implantate können getrennt voneinander vorgesehen sein oder alle gemeinsam oder gruppenweise körperlich miteinander verbunden sein. Beispielsweise können verschiedene Implantate oder alle Implantate über Streben oder Bänder miteinander verbunden sein, wobei die Streben oder Bänder gemäß einer Ausführungsform aus demselben Werkstoff wie die Implantate einstückig mit diesen ausgeführt sind.
Die Implantate können aus Metall, beispielsweise Kupfer oder auch aus handelsüblichem Federstahl hergestellt sein. Andere Werkstoffe, beispielsweise aus oder mit Kohlefasern kommen jedoch in Betracht.
Das Gehäuse kann ebenfalls aus einem metallischen oder anderen elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt sein und gemäß einer Ausführungsform auch über seine Dichtflächen der Gehäuseteile hinaus mit einer Beschichtung, insbesondere elektrisch isolierenden Beschichtung versehen sein. Die Implantate und der Werkstoff des Gehäuses können aus demselben Werkstoff hergestellt sein, jedoch kommen auch verschiedene Werkstoffe in Betracht.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch beschrieben werden.
Es zeigen:
1 zwei mittels einer erfindungsgemäßen Abdichtung gegeneinander abgedichtete Gehäuseteile;
2 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Ausgestaltung des Dichtkörpers und eine Anordnung der Implantate zwischen den gegeneinander abzudichtenden Dichtflächen;
3 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Ausgestaltung des Dichtkörpers und eine Anordnung der Implantate zwischen den gegeneinander abzudichtenden Dichtflächen;
4 ein drittes Ausführungsbeispiel für eine Ausgestaltung des Dichtkörpers und eine Anordnung der Implantate zwischen den gegeneinander abzudichtenden Dichtflächen;
5 ein viertes Ausführungsbeispiel für eine Ausgestaltung des Dichtkörpers und eine Anordnung der Implantate zwischen den gegeneinander abzudichtenden Dichtflächen;
6 ein fünftes Ausführungsbeispiel für eine Ausgestaltung des Dichtkörpers und eine Anordnung der Implantate zwischen den gegeneinander abzudichtenden Dichtflächen.
In der 1 ist exemplarisch ein Gehäuse 1 dargestellt, das elektrische und/oder elektronische Komponenten 2 aufnimmt. Wenn es sich bei dem Gehäuse 1 um ein Batteriegehäuse handelt, sind die elektronischen Komponenten 2 beispielsweise Batterieeinzelzellen, die in Folie eingeschweißte Elektrodenstapel aufweisen, in Reihe oder parallel miteinander elektrisch kontaktiert sind und zu einem Stapel zusammengefügt sind.
Das Gehäuse 1 weist zwei Gehäuseteile 1.1 und 1.2 auf, die über eine Flanschverbindung 3 aneinander befestigt sind.
Die Flanschverbindung 3 weist zwei Dichtflächen 4, 5 auf, zwischen welche ein Dichtkörper 6 eingebracht ist. Zur Verspannung der beiden Dichtflächen 4, 5 gegeneinander unter Einschluss des Dichtkörpers 6 ist eine Flanschverschraubung 7 vorgesehen. Die Gehäuseteile 1.1, 1.2 sind aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, beispielsweise Metall hergestellt und auf ihrer Oberfläche mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung 11 versehen.
Wie in den 2 bis 6 dargestellt ist, ist der Dichtkörper 6 als lang ausgestrecktes Dichtband oder Endlosband ausgeführt, in welches in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen Implantate 8 eingebracht sind. Die Implantate 8 sind beispielsweise als Unterlegscheiben über die Flanschverschraubung 7 übergestülpt.
Bevor die Implantate 8 über die Flanschverschraubung 7 übergestülpt wurden, wurde gemäß einer Ausführungsform der bandförmige Dichtkörper 6 mit entsprechenden in diesem vorgesehenen Öffnungen über die Flanschverschraubung 7 übergestülpt. Alternativ werden erst die Implantate 8 und anschließend der Dichtkörper 6 über die Flanschverschraubung 7 übergestülpt. Beim Anziehen der Flanschverschraubung 7 durchdringen die Vorsprünge 8.1 der Implantate 8 den Dichtkörper 6 und die Beschichtung des Gehäuses (nicht dargestellt) vollständig und stellen so eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Gehäuseteilen her. Die dem Dichtkörper 6 abgewandten Vorsprünge 8.1 der Implantate 8 durchdringen die Beschichtung des Gehäuseteils, auf welchem sie zunächst ohne Zwischenschaltung des Dichtkörpers 6 aufliegen.
Eine noch andere Ausführungsform sieht vor, dass die Implantate 8 in den Dichtkörper 6 integriert werden und somit beidseitig vom Dichtkörper 6 bedeckt sind, bevor der Dichtkörper 6 soweit verspannt wird, dass kontaktierende Bereiche der Implantate 8 beidseitig aus diesem heraustreten. Eine solche Integration ist in der kleinen Schnittdarstellung in den Figuren gezeigt.
Die Öffnungen in dem Dichtkörper 2, welche die Flanschverschraubung 7 umgreifen, können, wie dies in den 3 und 6 dargestellt ist, größer als die Öffnungen der Implantate 6 sein, welche die Flanschverschraubung 7 umgreifen. Die Öffnungen in dem Dichtkörper 2 sind mit dem Bezugszeichen 9 beziffert. Dies ist jedoch nicht notwendig, wie in den 2, 4 und 5 dargestellt ist.
Gemäß den 2, 3 und 4 weist der Dichtkörper entlang seiner Längserstreckung konstante äußere Abmessungen bzw. einen konstanten Querschnitt auf. Gemäß den 5 und 6 hingegen ist der Dichtkörper 2 zwischen den Implantaten 8 verjüngt ausgeführt, das heißt in seinen äußeren Abmaßen reduziert.
Gemäß den 2, 3 und 5 sind die Implantate 8 einzeln auf den Dichtkörper 6 aufgelegt, unter diesen untergelegt oder in diesen integriert. Gemäß den 4 und 6 sind die Implantate 8 hingegen miteinander verbunden, hier über Streben 10.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3943295 C2 [0003]
EP 0971366 B1 [0004]
DE 19712043 A1 [0005]
DE 19932544 C1 [0006]
DE 19728839 C1 [0006]
DE 1286596 A [0007]

Claims

Abdichtung eines Gehäuses (1), das elektrische und/oder elektronische Komponenten (2) aufnimmt, wobei das Gehäuse (1) zumindest zwei über eine Flanschverbindung (3) aneinander befestigte Gehäuseteile (1.1, 1.2) umfasst, die einander gegenüberstehende Dichtflächen (4, 5) aufweisen, die gegeneinander verspannt sind, und ein elastischer Dichtkörper (6) die beiden Gehäuseteile (1.1, 1.2) gegeneinander abdichtend zwischen die beiden einander gegenüberstehenden Dichtflächen (4, 5) eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass in den elastischen Dichtkörper (6) elektrisch leitende Implantate (8) eingebracht sind, welche den Dichtkörper (6) vollständig durchdringen und an den beiden gegenüberstehenden Dichtflächen (4, 5) anliegen oder in eine oder beide Dichtflächen (4, 5) eindringen.
Abdichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (6) als lang ausgestrecktes Dichtband oder Endlosband ausgeführt ist, das zwischen die einander gegenüberstehenden Dichtflächen (4, 5) eingelegt ist.
Abdichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Implantate (8) als separate Bauteile zu dem Dichtkörper (6) vorgesehen sind.
Abdichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Implantate (8) auf einer Seite des Dichtkörpers (6) zwischen den Dichtkörper (6) und die dieser Seite zugeordnete Dichtfläche (4, 5) eingelegt sind und wenigstens einen oder mehrere Vorsprünge (8.1) aufweisen, der/die den Dichtkörper (6) bis auf die andere Dichtfläche (4, 5) oder in diese hinein durchdringen.
Abdichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Implantate (8) mit einem ersten Teilbereich an dem Dichtkörper (6) anliegen und den Dichtkörper (6) mit einem zweiten Teilbereich durchdringen.
Abdichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Implantate (8) als Scheiben, vollflächige Kreisscheiben oder Ringscheiben ausgeführt sind, die zwei einander abgewandte flächige Oberflächen aufweisen, und auf einer oder beiden Oberflächen Vorsprünge (8.1) oder Krallen vorgesehen sind.
Abdichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass alle oder ein Teil der Implantate (8) als Unterlegscheiben ausgeführt sind, die Schrauben einer Flanschverschraubung (7) der Flanschverbindung (3) umschließen.
Abdichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Implantate (8) oder alle Implantate (8) über Streben (10) oder Bänder miteinander verbunden sind.
Abdichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (10) oder Bänder aus demselben Werkstoff wie die Implantate (8) einstückig mit diesen ausgeführt sind.
Abdichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Dichtfläche (4, 5) nur von einem Gehäuseteil (1.1, 1.2) oder von beiden Gehäuseteilen (1.1, 1.2) eine elektrisch isolierende Beschichtung (11) aufweist und die Implantate (8) die isolierende Beschichtung (11) durchdringen.