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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gehäuseabschirmung insbesondere zur Verwendung in Fahrzeugen, bevorzugt Kraftfahrzeugen, bei der ein Masseleiter mit einem insbesondere Aluminium aufweisenden oder aus Aluminium bestehenden Gehäuse verbunden wird.
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2. Stand der Technik
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Es ist allgemein bekannt, zur Verbindung von elektrischen Geräten geschirmte Leitungen zu verwenden, wobei die Abschirmung beispielsweise als ein Schirmgeflecht um die Leitung vorgesehen ist. Um das Schirmgeflecht mit einem Gehäuse zu verbinden, in das die Leitung eingeführt wird, muss das Schirmgeflecht freigelegt und beispielsweise mit einem Kabelschuh am Gehäuse angebracht werden.
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Im Falle eines Potentialausgleichleiters wird dieser zur Verbindung mit einem Leiterbauteil mit Klemmhülsen oder Kabelschuhen versehen, und die Klemmhülsen bzw. Kabelschuhe werden beispielsweise mittels Schraubklemmen am Leiterbauteil befestigt.
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Ferner ist als Stand der Technik ein abgeschirmter Stecker gemäß der
DE 10 2006 049 192 A1 bekannt, der für unterschiedliche elektromagnetische Abschirmungen bei verschiedenen Fahrzeugen geeignet ist. Ein solcher abgeschirmter Stecker umfasst ein Außengehäuse, das eine Abschirmungsfunktion aufweist, und ein Gehäuse. In dem Gehäuse sind weiterhin Verbindungsanschlüsse aufgenommen, die jeweils an Endteilen einer Vielzahl von abgeschirmten Drähten fixiert sind. Ferner umfasst das Außengehäuse eine Abschirmungsschale, die das Gehäuse aufnimmt und eine Abschirmungsfunktion aufweist, und eine Schalenhalterung. Durch Befestigen der Schalenhalterung wird ein Schirmgeflecht der abgeschirmten Drähte leitend mit der Abschirmungsschale verbunden.
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Als weiterer Stand der Technik ist die
DE 10 2007 051 836 A1 bekannt, die einen Kabelsatz, insbesondere einen Hochvolt-(HV) Kabelsatz für ein Kraftfahrzeug, betrifft. Der Kabelsatz weist ein Durchführelement nach der Art einer Tülle auf, das an einer Gehäusewandöffnung angebracht werden kann, sodass es einfach in eine Gehäusewand eines elektrischen Geräts einsteckbar ist. Zur sicheren Abdichtung umfasst das Durchführelement eine umlaufende Dichtung.
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Bei einem Einführen des Kabelendes in ein Gehäuse eines elektrischen Geräts ist es notwendig, die Abschirmung des Kabels mit der Gehäusewand zu verbinden. Hierzu wird eine Unterziehhülse auf die isolierte elektrische Leitung aufgeschoben, wobei der Schaft der Unterziehhülse eine runde Schaftöffnung aufweist, deren Innendurchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der elektrischen Leitung. Für ein Einschieben des Schafts unter die Abschirmung des Kabels ist der Außendurchmesser der Unterziehhülse ausreichend klein, um den Schaft der Unterziehhülse zwischen die Abschirmung und die elektrische Leitung des Kabels zu schieben. Alternativ wird die Außenisolierung im Bereich der Schirmkontaktierung entfernt und eine Stützhülse auf das Schirmgeflecht aufgebracht, wobei ein Bereich des Schirmgeflechts umgelegt wird, so dass die Stützhülse zwischen zwei Lagen des Schirmgeflechts angeordnet ist. Anschließend wird das Schirmgeflecht mit der Stützhülse verpresst.
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Allerdings weist die beschriebene Vorrichtung die Nachteile auf, dass sich ändernde Umgebungseinflüsse nicht kompensiert werden können und darüber hinaus der Übergangswiderstand zwischen der Unterziehhülse, dem Befestigungselement und der Vorrichtung relativ hoch sein dürfte. Ferner wurde die mangelnde Haftfähigkeit von Klebstoffen auf Silikonleitungen, die häufig für HV-Anwendungen verwendet werden, nicht berücksichtigt. Darüber hinaus kann durch Bewegungen der Unterziehhülse aufgrund von Vibrationen oder Temperaturschwankungen ein sogenannter „Pumpeffekt” am Schirmmaterial entstehen, sodass Wasser angesaugt wird und eine Dichtigkeit folglich nicht gewährleistet werden kann.
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Der Nachteil der bekannten Lösungen besteht darin, dass eine EMV-dichte Kontaktierung (EMV = elektromagnetische Verträglichkeit), bei der der Massekontakt und die Leitung zusätzlich vor einem Eindringen von Wasser geschützt werden, nicht möglich ist. Dies ist jedoch insbesondere bei Randbedingungen erforderlich, wie sie im Automobilbereich durch Vibrationen und Querkräfte verursacht werden. Auch muss beachtet werden, dass bei herkömmlichen Massekontaktierungen im Telekommunikationsbereich aufgrund der verwendeten Materialien (Kupferleiter bzw. verzinnte Kupferleiter) und der entsprechenden Spannung im Bereich bis zu 24 V keine besondere Ausgestaltung notwendig ist. Hier reichen zur Leitungsdurchführung beispielsweise Tüllen oder Schraubdichtungen aus, wobei zur Masseverbindung auch Massebolzen vorgesehen sein können.
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Die Vorrichtung der
DE 10 2007 051 836 A1 weist darüber hinaus das Problem auf, dass eine Kontaktierung über die Unterziehhülse und das Durchführelement, und somit nicht direkt mit dem Gehäuse, stattfindet. Dadurch können weiterhin EMV-Probleme auftreten.
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3. Gegenstand der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen Verbindungsmechanismus für einen Masseleiter an einem Gehäuse zu schaffen, der eine Öffnung eines Gehäuses gegen Medieneintritt abgedichtet und eine lückenlose Schirmung der stromtragenden Teile innerhalb und außerhalb des Gehäuses gewährleistet.
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Die genannte Aufgabe wird durch den Gegenstand nach Schutzanspruch 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist es, einen Anbindungsmechanismus für einen Masseleiter an einem Gehäuse bereitzustellen, der eine EMV-Schirmung des Gehäuses sicherstellt und darüber hinaus das Eindringen von Medien, insbesondere Wasser, verhindert. Hierbei kann der Masseleiter separat oder als Schirmgeflecht einer Leitung vorgesehen sein. Der Masseleiter kann auch als massiver Leiter ausgeführt sein. Das Gehäuse besteht dabei vorzugsweise aus einem leitfähigen Material, wie z. B. Aluminium. Es ist jedoch auch denkbar, dass es sich bei dem Material des Gehäuses um ein Hybridbauteil handelt, das beispielsweise in einer Sandwichbauweise eine elektrisch leitende Schicht umfasst einen eingelegten Rahmen oder ein umspritztes Gitter, die von einem Kunststoff umgeben ist. Darüber hinaus wäre ein leitfähiger Kunststoff denkbar, der beispielsweise aus einer Kunststoffmatrix mit Carbon-Nanotubes, Metallpartikeln und/oder Nanometalle versehen ist. Bei dem Gehäuse kann es sich beispielsweise um ein Steckergehäuse, ein Verteilergehäuse oder ein sonstiges Gehäuse zum Umgeben von elektrischen und/oder elektronischen Komponenten handeln.
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Beispielsweise ist am Gehäuse eine Sacklochbohrung vorhanden, in der das Kontaktelement formschlüssig und/oder stoffschlüssig, also beispielsweise mittels Reibschweißen und/oder Pressen, mit dem Gehäuse verbunden wird. ausschließlich um eine Bohrung handeln. Der Begriff steht hier vielmehr als in die Tiefe endende Ausnehmung, ähnlich eines Sacklochs, wobei die Ausnehmung und/oder Öffnung die Wandung des Gehäuses nicht durchdringt. Als Alternative zur Bohrung kann ein Hohlzylinder am Gehäuse angeordnet, oder die Ausnehmung mittels Materialabtrag, bspw. durch Laserbearbeitung, hergestellt sein. Gemäß dieser Ausführungsform wird keine Öffnung zum Gehäuse bereitgestellt, weshalb ein Eindringen von Medien nicht stattfinden kann. Die stoffschlüssige Verbindung am Grund der Sacklochbohrung stellt eine sichere Verbindung zwischen Masseleiter und Gehäuse bereit. Als Masseleiter könnte vorzugsweise eine Aluminiumleitung oder eine Kupferleitung verwendet werden. Bei der Verwendung einer Kupferleitung ist es jedoch vom Vorteil, wenn die Verbindung zur Vermeidung einer elektrochemischen Korrosion abgedichtet wird.
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Selbstverständlich muss es sich bei der Sacklochbohrung nicht Wird jedoch eine Durchgangsöffnung vorgesehen, so kann diese in einer Ausführungsform in zumindest einem Abschnitt derart dimensioniert sein, dass in diesem Abschnitt ein Spaltmaß zwischen dem Kontaktelement und dem Gehäuse minimiert vorgesehen ist, wobei vorzugsweise das Kontaktelement in die Durchgangsöffnung als Passung eingebracht ist. Hierdurch wird jeweils die Öffnung bereits durch den Masseleiter weitestgehend wieder verschlossen.
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Ferner könnte der Masseleiter über ein Plättchen an einer Innenseite des Gehäuses angebunden werden, wobei das Plättchen insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht. Auf diese Weise wird ein guter Kontakt zwischen Masseleiter und Gehäuse bereitgestellt. Das Plättchen kann beispielsweise durch Verschweißen mit dem Gehäuse verbunden sein. Je Beschaffung des Gehäuses können auch andere Ausgestaltungen des Plättchens vorgesehen sein. Handelt es sich beispielsweise um ein vernickeltes Gehäuse, könnte sich die Verwendung eines Plättchens, wie oben beschrieben, als überflüssig erweisen, so dass das Plättchen durch die Beschichtung substituiert wird.
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Falls das Plättchen jedoch direkt an das Aluminiummaterial des Gehäuses angeordnet ist, müssen entsprechende Vorkehrungen zur Vermeidung der Kontaktkorrosion sowie zur Herstellung einer sicheren Verbindung zwischen einem bspw. Kupferplättchen und dem Aluminiummaterial des Gehäuses hinsichtlich des Aufbrechens der Oxidschicht des Aluminiums getroffen werden.
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Ist der Masseleiter als Schirmgeflecht vorgesehen, so kann an einem solchen Kabel eine Hülse aufgebracht und mit dem Schirmgeflecht verbunden werden. Die Hülse selbst, die ein-oder mehrteilig sein kann, wird dann beispielsweise mit dem Gehäuse verpresst. Hierdurch werden eine feste Verbindung und ein sicherer Kontakt bereitgestellt. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Hülse in das Gehäuse eingeschraubt, mit diesem Verschweißt, während der Gehäuseherstellung mit diesem hergestellt, insbesondere eingegossen, und/oder in sonstiger Weise form- und/oder stoffschlüssig mit dem Gehäuse verbunden ist.
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Die Verbindung zwischen dem Masseleiter und der Hülse kann beispielsweise mittels Verpressen, Verschweißen, Verlöten, Verkleben und/oder in einer Kombination daraus hergestellt werden. Selbstverständlich können sonstige form- und/oder stoffschlüssige Verbindungsmöglichkeiten in Betracht gezogen werden.
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Die Hülse kann dabei aus einem leitfähigen Material, vorzugsweise aus Messing, mit verzinnter, versilberter oder vergoldeten Oberfläche hergestellt sein. Es ist jedoch auch denkbar, ein Material mit hoher Härte und vorzugsweise weicher Oberfläche zu verwenden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Masseleiter mit einer inneren Gehäusewand verbunden wird.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Masseleiter mit einer äußeren Gehäusewand verbunden wird.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Masseleiter an einer zusätzlichen Steckeraufnahme in der Gehäusewand angebunden wird.
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4 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein als ein Schirmgeflecht ausgebildeter Masseleiter mit dem Gehäuse verbunden wird.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Nachfolgend werden anhand von Beispielen die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Aluminiumgehäuses 1, das eine Öffnung 2 aufweist, in die ein Kabel 4 mit einem Kontaktelement 5 eingeführt ist. Dieses Kontaktelement 5 kann innerhalb des Aluminiumgehäuses 1 mit diesem derart verbunden sein, dass die auf der Oberfläche des Aluminiums vorhandene Oxidschicht zerstört wird. Beispielsweise kann hierzu Ultraschallschweißen zur Anwendung kommen.
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In der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform ist das Kontaktelement 5 allerdings über ein zuvor am Gehäuse 1 verschweißtes Plättchen 7 angebunden, wobei das Plättchen 7 beispielsweise aus Kupfer besteht. Anstatt eines Verschweißens zwischen dem Plättchen 7 und dem Kontaktelement 5 könnte ein Vernieten, Verlöten, Verschrauben, Verstemmen, Toxen oder Vercrimpen oder die Verwendung eines Schließringbolzens vorgesehen sein. Darüber hinaus ist ein Verbinden des Kontaktelements 5 mit dem Plättchen 7 mittels elektromagnetischer Pulstechnologie (EMPT; elektromagnetisches Schweißen) durch z. B. Beschleunigen des Kontaktelements 5 auf das Plättchen 7 möglich.
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Das Kontaktelement 5 ist bei der dargestellten ersten Ausführungsform derart ausgebildet, dass die Öffnung nach dem Einführen des Kontaktelements 5 gegenüber elektromagnetischen Einflüssen von außen und vorzugsweise gegen Medieneintritt abgedichtet ist. Hierzu wird im Bereich der Öffnung 2 ein minimales Spaltmaß vorgesehen, durch das das Kontaktelement 5 eingeschoben wird. Vorzugsweise weist das Kontaktelement 5 eine konusförmige Kontur auf, wobei der kleinere Radius nach außen bzw. in Richtung der Öffnung 2 weisen kann, wodurch zusätzlich eine Zugentlastung bewirkt wird. Ferner kann eine entsprechende Kraft am Kontaktelement 5 aufgebracht werden, um dieses durch die Öffnung 2 mit minimalem Spaltmaß einzupressen. Als zusätzliche Maßnahme zur Abdichtung der Öffnung 2 gegen Medieneintritt ist in einem nach Außen weisenden Bereich des Gehäuses 1 eine Dichtung 6 vorgesehen. Zu einer Ausgestaltung der Dichtung 6 wird auf die später beschriebene vierte Ausführungsform verwiesen (4).
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Neben der Abdichtung gegen Medieneintritt kann durch diese Geometrie gleichzeitig die Schirmung der im Gehäuse enthaltenen stromtragenden Teile hergestellt werden. Da das Aluminiumgehäuse auch ansonsten gegen Medieneintritt abgedichtet ist, ist innerhalb des Gehäuses 1 keine zusätzliche Abdichtung im Bereich der Verbindungsstelle erforderlich.
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Das am Kontaktelement 5 angebrachte Kabel 4 wird mit seinem anderen Ende beispielsweise an der Karosserie eines Fahrzeugs befestigt ist. Die Durchtrittsstelle des Kontaktelements 5 in das Gehäuse 1 bzw. die des Kabels 4 ist durch einen optional am Gehäuse vorhandenen Flansch 3 ausgebildet.
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2 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine Kontaktierung des Masseleiters an der äußeren Gehäusewand des Gehäuses 1 stattfindet.
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Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform wird das Kontaktelement 5 bei der zweiten Ausführungsform in eine Bohrung 2' eingeführt, die am Gehäuse vorgesehen ist. Bei der Bohrung 2' handelt es sich um eine Sacklochbohrung, die das Gehäuse nicht vollständig durchdringt und beispielsweise in einem Flansch 3 vorgesehen sein kann. Das Kontaktelement 5 wird hierbei beispielsweise mittels Rotationsschweißens oder Löten mit dem Gehäuse stoffschlüssig verbunden. Dies betrifft insbesondere die Stirnseite des Kontaktelements 5. Das Kontaktelement könnte aber auch eingepresst oder mit einem am Kontaktelement angebrachten Gewinde eingeschraubt werden, wobei das Kontaktelement beispielsweise selbstschneidend ausgebildet ist. Dazu sind am Umfang des Kontaktelements mehrere Gewindeschneidkanten angeordnet. Als weiteres Kontaktierverfahren wäre ein radiales elektromagnetisches Schweißen denkbar, wodurch eine radiale schlagartige Verpressung des Flansches 3 in Richtung des Kontaktelements 5 bewirkt wird.
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In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich beim Kabel 4 um einen Litzenleiter. Wenn die Litzen des Kabels 4 materialidentisch mit dem Gehäuse 1 aus Aluminium ausgeführt werden, könnte die in der 2 dargestellte zusätzliche Dichtung 6 entfallen, und auch ein Flansch 3 wäre in diesem Fall hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit nicht erforderlich. Vorzugsweise ist jedoch zur Sicherstellung der Dichtheit eine Dichtung 6 in der Bohrung 2' vorzusehen.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine Kontaktierung an einer zusätzlichen Steckeraufnahme 2'' in der Gehäusewand stattfindet.
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Das Kabel 4 ist bei dieser Ausführungsform wiederum mit einem Kontaktelement 5 versehen. Allerdings ist bei der dritten Ausführungsform das Kontaktelement 5 mit einer in das Gehäuse 1 eingepressten oder eingeschraubten metallischen Hülse bzw. Steckeraufnahme 2'' elektrisch verbunden. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass das Kabel 4 mit der Hülse 2'' verbunden wird, beispielsweise vercrimpt, verschweißt usw., und die Hülse 2'' aus Messing mit verzinnter Oberfläche samt Kabel in das Gehäuse eingepresst bzw. eingeschraubt wird. Selbstverständlich können weitere Werkstoffe für die Hülse 2'' eingesetzt werden, wobei die Festigkeit der Hülse aufgrund deren Einsatz als Widerlager berücksichtigt werden muss.
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Die Schirmung wird durch die Verwendung eines metallischen Kontaktelements 5 bzw. der Steckeraufnahme 2'' gewährleistet, so dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Kabel 4 und dem Gehäuse 1 hergestellt ist. Die Dichtung gegen Medieneintritt von außen kann zusätzlich mittels der zuvor beschriebenen Dichtung 6 erfolgen.
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Bei Verwendung einer Steckeraufnahme 2'' sollte diese so ausgeführt sein, dass sie komplementär zum Kontaktelement 5 ausgebildet ist, so dass eine Verbindung zwischen der Steckeraufnahme 2'' und dem Kontaktelement 5 sichergestellt werden kann.
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4 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen dadurch unterscheidet, dass der Masseleiter als ein Schirmgeflecht 11 um eine HV-Leitung vorgesehen ist. Die HV-Leitung ist über eine Öffnung 2 in ein Gehäuse 1 eingeführt. Ferner umfasst das Kabel zusätzlich eine äußere Isolierung 10 sowie einen isolierten Leiter 12, zwischen diesen das Schirmgeflecht vorgesehen ist.
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Das Kabel wird in den Bereich der Öffnung 2 eingeführt, wobei die Isolierung 10 in einem in 4 auf der rechten Seite abgebildeten Bereich des Kabels entfernt ist. In diesem Bereich ist eine runde Stützhülse 13 auf der HV-Leitung über deren Schirmgeflecht 11 angebracht, wobei das Schirmgeflecht 11 über die Stützhülse 13 umgeklappt bzw. zurückgeklappt ist, so dass die Stützhülse 13 sowohl über als auch unter dem Schirmgeflecht 11 angeordnet bzw. vom Schirmgeflecht 11 umgeben ist. Selbstverständlich kann die Stützhülse 13 auch unter dem Schirmgeflecht 11 eingeschoben oder über dem Schirmgeflecht angeordnet werden. Die Stützhülse 13 sowie das Schirmgeflecht 11 werden in diesem Bereich mittels einer Hülse 14, insbesondere einer Einpresshülse, unlösbar verpresst. Die Hülse 14 wiederum wird in die Öffnung 2 des Gehäuses 1 eingeführt, eingepresst, oder an dieser Stelle ebenfalls verpresst. Zusätzlich könnte die Stützhülse 13 mit einem Sicherungsring gesichert werden. Durch die Anbringung der Stützhülse 13 wird das Schirmgeflecht 11 in Richtung der Isolierung 10 umgebogen, und kann somit mit der Hülse 14 in Kontakt kommen.
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Die Innenfläche der Hülse 14 wiederum verjüngt sich abgestuft nach innen, um eine gepresste Kontaktierung zu ermöglichen. Ferner ist eine Dichtung 6 in einem Bereich der Kabelisolierung vor der Hülse vorgesehen, um eine längswasserdichte Ausführung der Kontaktierung zu ermöglichen. Die Dichtung 6 liegt hierbei gegen die Isolierung 10 sowie eine Innenfläche der Öffnung 2 an.
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Eine Isolierhülse 23 ist partiell um den Innenleiter 22 und des isolierten Leiters 12 vorgesehen. Diese Isolierhülse 23 schließt sich weiterhin an das Schirmgeflecht 11 bzw. der Hülse 14 an, so dass eine elektrische Kontaktierung des Innenleiters 22 mit dem Gehäuse 1, der Hülse 14 und/oder dem Schirmgeflecht 11 verhindern wird. Vorzugsweise handelt es sich bei der Isolierhülse um einen elastischen und/oder antistatisch aufladbaren Kunststoff.
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In dem nach außen weisenden Bereich der Öffnung 2 ist zusätzlich eine aus zwei Elementen bestehende Zugentlastung 20 vorgesehen, mit der das Kabel am Gehäuse 1 fixiert wird. Die Öffnung 2 des Gehäuses 1 bzw. der Verbindungsmechanismus wird über eine Abdeckung 15 abgeschlossen, wobei sich das Kabel durch eine Aussparung der Abdeckung 21 erstreckt. Die Abdeckung 15 kann über einen Verriegelungsmechanismus (nicht dargestellt), z. B. ein Clip, eine Raste oder eine Senke, am Gehäuse 1 befestigt werden. Darüber hinaus können über die Abdeckung 15 die Zugentlastung 15, Dichtung 6 sowie Hülsen 13, 14 und somit das Kabel am Gehäuse 1 fixiert werden. Um die Aussparung der Abdeckung 21 abzudichten kann eine Eingangstülle 24 um das Kabel und an der Aussparung angeordnet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006049192 A1 [0004]
- DE 102007051836 A1 [0005, 0009]
