DE19914469C1 - Dichtungsanordnung für Gehäuse - Google Patents

Abstract

Eine Anordnung zur dichten Durchführung einer flexiblen Leiterplatte 5 durch eine Gehäusewandfuge weist zwei die Gehäusewandfuge definierende Gehäusewandteile 2, 10 auf. Im Fugenbereich sind zwei Formdichtungen 22, 22' angeordnet. Zwischen den beiden Formdichtungen 22, 22' ist eine flexible Leiterplatte 5 durchgeführt. Die beiden Formdichtungen 22, 22' sind mit einem Dichtprofil 27, 27' gestaltet, das beim Zusammenfügevorgang der beiden Gehäusewandteile eine Längsverschiebung der flexiblen Leiterplatte 5 hervorruft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur dichten Durchfüh­ rung einer flexiblen Leiterplatte durch eine Gehäusewandfuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Dichte Durchführungen flexibler Leiterplatten durch Gehäuse­ wandfugen stellen ein modernes Konzept zur elektrischen An­ bindung von gehäusten Bauelementen oder Schaltungen mit einem hohen Kosteneinsparungspotential insbesondere in der Kraft­ fahrzeugtechnik dar.

Eine Dichtungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der europäischen Patentschrift 0 513 263 B1 beschrie­ ben. Die Dichtung ist entweder durch Aufvulkanisieren haf­ tend auf der Leiterplatte aufgebracht oder als separates Formelement in die Gehäusewandfuge eingelegt.

Mitunter treten bei dieser Technik jedoch Schwierigkeiten auf, die damit zusammenhängen, daß die flexible Leiterplatte durch beim Zusammenfügevorgang auf sie einwirkende mechani­ sche Belastungen inelastisch gedehnt und damit beschädigt o­ der vorgeschädigt werden kann. Eine derartige Beschädigung kann beispielsweise durch das Auseinanderfließen der Dichtung im unmittelbaren Preßkontakt auf der Leiterplattenoberfläche bewirkt werden.

Aus der Patentschrift DE 197 12 842 C1 ist ein Steuergerät für ein Automatikgetriebe bekannt, das innerhalb der Ölwanne des Getriebes angeordnet wird. Die elektrische Verbindung zwischen einem abgedichteten Gehäusebereich und einem außer­ halb dieses Gehäusebereichs liegenden elektrischen Leiters erfolgt mittels einer flexiblen Leiterplatte. Diese ist abge­ dichtet durch die Gehäusewandfuge zwischen Deckel und Boden­ platte des Steuergeräts geführt.

Die Patentschrift CH 497 107 betrifft einen Schrank, der aus einem wannenförmigen Behälter und einem Deckel besteht. Zur Abdichtung des Deckels ist eine Dichtung mit einer Dichtlippe vorgesehen, die gegenüber der Fügerichtung des Deckels ge­ neigt verläuft.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur dichten Durchführung einer flexiblen Leiter­ platte durch eine Gehäusewandfuge zu schaffen, die kosten­ günstig realisierbar ist und gute Dichtungseigenschaften ga­ rantiert. Insbesondere soll eine mechanische Beschädigung der flexiblen Leiterplatte beim Zusammenfügevorgang sicher ausgeschlossen werden können.

Durch die erfindungsgemäß eine unidirektionale Längsverschie­ bung der flexiblen Leiterplatte hervorrufende Dichtprofilge­ staltung wird erreicht, daß die flexible Leiterplatte beim Zusammenfügevorgang eine Ausweichbewegung vollzieht, die sie belastungsfrei hält und damit vor Beschädigungen schützt. Die Ausweichbewegung hat auch zur Folge, daß über den nahezu den gesamten Zusammenfügevorgang eine im wesentlichen punkt­ förmige und damit belastungsarme Anlage einer oder vorzugs­ weise der beiden Formdichtungen an die flexible Leiterplatte aufrecht erhalten wird.

Vorzugsweise ist wenigstens eine der beiden Formdichtungen mit einer gegenüber der Fügerichtung geneigt verlaufenden Dichtlippe ausgestaltet. Die Formgebung und Neigung der Dichtlippe verursacht die Längsverschiebung der Leiterplatte. Dabei ist es sowohl möglich, daß die geneigte Dichtlippe zu dem abzudichtenden Gehäusevolumen hingerichtet als auch von diesem weggerichtet ist.

Grundsätzlich ist es möglich, daß nur eine der beiden Form­ dichtungen mit einer derartigen Dichtlippe ausgestattet ist und die andere Formdichtung mit einem im wesentlichen eben­ flächigen Dichtprofil ausgeführt ist, welches als Gleit- und Gegendichtfläche wirkt. Vorzugsweise sind jedoch beide Formdichtungen mit einer derartigen Dichtlippe versehen.

Vorzugsweise ist wenigstens in einer der Formdichtungen be­ nachbart der Dichtlippe eine als Materialverdrängungsbereich und/oder Ausnehmung gestaltete Lippenaufnahmezone ausgebil­ det. Im Zuge des Zusammenfügevorgangs paßt sich die Dicht­ lippe in die Lippenaufnahmezone ein, wodurch eine gleichmäßi­ ge Druckverteilung über dem Anlagebereich der Dichtung er­ zielt wird.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, in wenig­ stens eine der Formdichtungen eine Versteifungsstruktur ein­ zubetten. Die Versteifungsstruktur gestattet eine gezielte Einstellung der lokalen Elastizitäts- und Deformationseigen­ schaften der Formdichtung und ermöglicht es beispielsweise auch, die bereits erwähnte Neigung der Dichtlippe zu erzeu­ gen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung wenigstens einer der Formdichtungen kennzeichnet sich dadurch, daß benachbart der Dichtlippe eine im unbelasteten Zustand muldenförmige Mate­ rialaushebungszone gestaltet ist, die beim Zusammenfügevor­ gang der beiden Gehäusewandteile durch Materialstauchung ei­ nen im wesentlichen flächigen Dichtabschnitt ausbildet. Die Materialstauchung kann durch die beim Umlegen der Dichtlippe bewirkte Kompression des Formdichtungsmaterials hervorgerufen werden. Der flächige Dichtabschnitt erhöht die Dichtsicher­ heit des geschaffenen Dichtgefüges, wobei hier aufgrund der Tatsache, daß eine Anlage des flächigen Dichtabschnitts an die flexible Leiterplatte erst im letzten Moment des Zusam­ menfügevorgangs erfolgt (und daher nur ein kurzer Preßweg auftritt), eine die Leiterplatte spannende Belastung weitest­ gehend vermieden wird.

Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand von zwei Ausführungsvarianten in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Gehäusedeckels mit Bo­ denplatte;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Bodenplatte mit einer dar­ über angeordneten flexiblen Leiterplatte;

Fig. 3a ein in einen Gehäusedeckel und eine Bodenplatte ein­ gesetztes Formdichtungspaar vor dem Zusammenfügen von Gehäusedeckel und Bodenplatte nach einer ersten Vari­ ante der Erfindung;

Fig. 3b das in Fig. 3a gezeigte Formdichtungspaar bei zusam­ mengefügtem Gehäusedeckel und Bodenplatte;

Fig. 4a ein in einen Gehäusedeckel und eine Bodenplatte ein­ gesetztes weiteres Formdichtungspaar vor dem Zusam­ menfügen von Gehäusedeckel und Bodenplatte nach einer zweiten Variante der Erfindung; und

Fig. 4b das in Fig. 4a gezeigte weitere Formdichtungspaar bei zusammengefügtem Gehäusedeckel und Bodenplatte.

Fig. 1 zeigt ein Steuergerät 1, das zum Einbau in ein Automa­ tikgetriebe vorgesehen ist. Das Gehäuse des Steuergerätes wird von einer metallischen Bodenplatte 2 und einem Gehäuse­ deckel 3 aus Kunststoff gebildet. Der Gehäusedeckel 3 ist an einer Hydraulik-Schaltplatte des Getriebes befestigt und bil­ det den Tragkörper des Steuergerätgehäuses 2, 3. Er nimmt elektrische Leiter, Sensoren und einen Steckverbinder auf, wobei diese Komponenten außerhalb des Gehäuseinnenraums des Steuergerätes 1 angeordnet sind.

Innerhalb des Gehäuses 2, 3 befindet sich eine elektronische Schaltung 4, die auf einer Erhöhung der Bodenplatte 2 aufge­ bracht ist. Die Schaltung 4 wird durch ein mit elektroni­ schen Bauteilen bestücktes Keramiksubstrat realisiert. Die Bodenplatte 2 dient als Wärmesenke oder Kühlkörper für die elektronische Schaltung 4.

Die Schaltung 4 ist von einer flexiblen Leiterplatte 5 umge­ ben, die auf die Bodenplatte 2 auflaminiert oder aufgeklebt ist und die die elektronische Schaltung 4 im Inneren des Ge­ häuses 2, 3 elektrisch kontaktiert.

Die metallische Bodenplatte 2 kann in ihrem Randbereich erste und zweite Bohrungen 6 und 7 aufweisen. In den ersten Boh­ rungen 6 sind Preßbuchsen 8 fest verankert. In die zweiten Bohrungen 7 sind Isolierhülsen 9 eingebracht.

Der Gehäusedeckel 3 weist einen wannenförmigen Abschnitt auf, der seitlich in einen ebenen, umlaufenden Anlagebereich 10 übergeht. In dem Anlagebereich 10 sind Einpreßstifte 11 ver­ ankert, die bodenseitig aus dem Anlagebereich 10 hervorste­ hen. Ferner erstrecken sich Leitungsdrähte 12 von den be­ reits angesprochenen außenliegenden Komponenten wie Steckver­ binder und Sensoren in den Anlagebereich 10 des Gehäusedec­ kels 3 und weisen dort aus dem Gehäusedeckel 3 ragende Draht­ enden 13 auf.

In der Oberfläche der Bodenplatte 2 und in der gegenüberlie­ genden Oberfläche des Anlagebereichs 10 des Gehäusedeckels 3 ist jeweils eine umlaufende Nut 20, 21 eingearbeitet. In den Nuten 20, 21 befinden sich umlaufende Formdichtungen 22, 22', die zur Abdichtung des Gehäuseinnenraums gegenüber einem Ge­ triebeöl vorgesehen sind.

Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 dargestellten bodenplattenseitigen Aufbau in Draufsicht. Dabei stellt Fig. 1 einen Querschnitt entlang der Linie I-I in der Fig. 2 dar.

Die elektronische Schaltung 4 ist allseitig von der flexiblen Leiterplatte 5 umrandet. Eine gestrichelte Linie deutet die Kontur 14 der Erhebung der Bodenplatte 2 an, an welche die flexible Leiterplatte 5 angrenzt. In einer Überlappungszone ragt der die elektronische Schaltung 4 tragende Keramik- Schaltungsträger über die Erhebung hinaus und ist dort mit Leiterbahnen (nicht dargestellt) der flexiblen Leiterplatte 5 elektrisch kontaktiert.

Die flexible Leiterplatte 5 besteht beispielsweise aus einer unteren Polyimid-Basisfolie und einer oberen Polyimid-Deck­ folie, zwischen denen die metallischen Leiterbahnen in einer Kleberschicht eingebettet aufgenommen sind. Es können auch mehrlagige flexible Leiterplatten 5 verwendet werden.

Die flexible Leiterplatte 5 erstreckt sich über die boden­ plattenseitige Formdichtung 22' hinweg, und Leiterbahnen der flexiblen Leiterplatte 5 sind zu den zweiten Bohrungen 7 ge­ führt und kontaktieren dort mit metallischen Kontaktoberflä­ chen versehene Laschen 15 der flexiblen Leiterplatte 5, die über den zweiten Bohrungen 7 angeordnet sind.

Fig. 3a zeigt die in Fig. 1 umkreiste Einzelheit im Detail. Die beiden Formdichtungen 22, 22' bestehen aus einem Elasto­ mer, beispielsweise Gummi oder einem flexiblen Kunststoffma­ terial. Sie weisen im unbelasteten Zustand beispielsweise eine bezüglich einer Horizontalebene spiegelsymmetrische Querschnittsform mit im wesentlichen ebenen Seitenprofilen 23, 24, 23', 24', einem Bodenprofil 25, 25' mit V-förmiger Keilnut 26, 26' und einem dem Bodenprofil 25, 25' gegenüber­ liegenden Dichtprofil 27, 27' auf.

Die Keilnut 26, 26', die auch eine von der V-Form abweichende Gestalt haben kann, trägt zur Erhöhung der Dichtheit zwischen dem Bodenprofil 25, 25' der Formdichtung 22, 22' und den In­ nenwandflächen der Nut 20 bzw. 21 bei.

Das Dichtprofil 27, 27' weist ausgehend von der Gehäuseinnen­ seite (linke Seite der Fig. 3a) eine muldenförmige Ausnehmung 28, 28' auf, die in eine erhabene Dichtlippe 29, 29' über­ geht, an die sich eine ausgesparte Lippenaufnahmezone 30, 30' anschließt. Die Dichtlippe 29 (Dichtlippe 29') ragt über die Oberflächenkontur des Anlagebereichs 10 des Gehäusedeckels 3 (der Bodenplatte 2) hinaus. Beide Dichtlippen 29, 29' weisen eine in bezug auf den Gehäuseinnenraum nach außen gerichtete Neigung auf. Die Scheitelpunkte 32, 32' der Dichtlippen 29, 29' sind einander unmittelbar gegenüberliegend angeordnet.

In die bodenplattenseitige Formdichtung 22' ist eine optiona­ le Versteifungsstruktur 31 eingebettet, die beispielsweise aus einem formelastischen Metallblech bestehen kann. Die Versteifungsstruktur 31 ist in einer Biegezone der Dichtlippe 29' angeordnet und kann sich wie dargestellt sowohl in die Dichtlippe 29' hinein als auch um die Lippenaufnahmezone 30' herum erstrecken.

In der deckelseitigen Formdichtung 22 kann ebenfalls eine Versteifungsstruktur eingebettet sein.

Verlaufs- und Materialwahl der optionalen Versteifungsstruk­ tur 31 gestatten eine sehr gezielte Einstellung der Flexibi­ litäts- und Deformationseigenschaften des Dichtprofils 27' insbesondere im Bereich der Dichtlippe 29'.

Zwischen den beiden Dichtlippen 29, 29' verläuft die flexible Leiterplatte 5 und liegt in dem in Fig. 3a dargestellten un­ belasteten Zustand auf der bodenplattenseitigen Dichtlippe 29' auf.

Zur Befestigung der Bodenplatte 2 an dem Gehäusedeckel 3 wird die Bodenplatte 2 mit darauf montierter elektronischer Schal­ tung 4 und auflaminierter Leiterplatte 5 an den Gehäusedeckel 3 angenähert. Dabei gelangt die deckelseitige Dichtlippe 29 in Kontakt mit der Oberseite der Leiterplatte 5. Im weiteren Verlauf der Annäherungsvorgangs werden sowohl die obere Dichtlippe 29 als auch die untere Dichtlippe 29' in Richtung des Pfeils 33a nach außen abgelenkt und legen sich in die Lippenaufnahmezonen 30, 30' ein (siehe Pfeile 34, 34'). Da­ bei wandern die Scheitelpunkte 32, 32' der Dichtlippen 29, 29' gemeinsam in Pfeilrichtung 33a nach außen und ziehen die zwischenliegende Leiterplatte 5 mit.

Eine Relativbewegung zwischen der flexiblen Leiterplatte 5 und den Scheitelpunkten 32; 32' tritt (bis auf eine Abrollbe­ wegung) nicht auf, d. h. es kommt zu keinem "Durchrutschen" der Leiterplatte 5 zwischen den Dichtlippen 29, 29'. Dies setzt voraus, daß die Leiterplatte 5 eine für diese (in der Regel vergleichsweise kurze) Ausweichbewegung ausreichende Bewegungsfreiheit besitzt, was in den meisten Fällen automa­ tisch erfüllt ist und ansonsten durch geeignete Maßnahmen (beispielsweise bei einer auf der Bodenplatte 2 auflaminier­ ten Leiterplatte 5 durch Vorsehen eines entsprechenden Mate­ rialvorhalts) sichergestellt werden muß.

Durch die beschriebene gemeinsame Ausweichbewegung der Dicht­ lippen 29, 29' und der flexiblen Leiterplatte 5 wird er­ reicht, daß beim Zusammenpressen der Bodenplatte 2 mit dem Gehäusedeckel 3 über den gesamten Einpresshub eine im wesent­ lichen (im Querschnitt) punktförmige Anlage der flexiblen Leiterplatte 5 an die Dichtlippen 29, 29' erhalten bleibt. Dadurch wird das mit herkömmlichen Dichtungen praktizierte "Aufquetschen" derselben vermieden, wodurch eine die Leiter­ platte 5 dehnende Belastung wirksam unterbunden wird.

Wie in Fig. 3b erkennbar, kann das Dichtprofil 27, 27' so ge­ staltet sein, daß bei vollständig zusammengepreßtem Gehäuse­ deckel 3 und Bodenplatte 2 zusätzlich zu dem Punktkontakt (jeweils an den Scheitelpunkten 32, 32') ein Flächenkontakt zur besseren Abdichtung auf der flexiblen Leiterplatte 5 ent­ steht. Dieser flächige Dichtabschnitt entsteht am gehäusein­ nenseitigen Bereich der muldenförmigen Ausnehmung 28, 28' und wird durch eine Materialstauchung hervorgerufen, die durch das Umlegen der Dichtlippen 29, 29' bewirkt wird und ein zu­ mindest bereichsweises Auswölben der muldenförmigen Ausneh­ mung 28, 28' zur Folge hat. Im Bereich der Scheitelpunkte 32, 32' der Dichtlippen 29, 29' bleibt auch bei vollständig zusammengepreßter Bodenplatte 2 und Gehäusedeckel 3 ein im wesentlichen punktförmiger oder zumindest kleinflächiger Be­ rührungskontakt erhalten.

Die Fig. 4a und 4b zeigen eine zweite Ausführungsvariante der Erfindung, die sich von der ersten Ausführungsvariante im we­ sentlichen nur dadurch unterscheidet, daß die Dichtlippen 29, 29' zu dem Gehäuseinnenraum hin geneigt sind und infolgedes­ sen statt einer Zugbeaufschlagung der Leiterplatte 5 eine Schubbeaufschlagung derselben (betrachtet vom Gehäuseinnen­ raum) in Richtung des Pfeils 33b ausüben.

Bei der Verpreßung der Bodenplatte 2 an dem Gehäusedeckel 3 dringen ferner die Einpreßstifte 11 in die Preßbuchsen 8 der ersten Bohrungen 6 ein und verankern dabei die Bodenplatte 2 an dem als Tragkörper dienenden Gehäusedeckel 3.

Gleichzeitig stoßen die Leitungsdrahtenden 13 in die in den zweiten Bohrungen 7 befindlichen Isolierhülsen 9 vor, stellen einen elektrischen Kontakt zu den Laschen 15 der flexiblen Leiterplatte 5 her und schaffen damit die elektrische Anbin­ dung der elektronischen Schaltung 4 an eine äußere Periphe­ rie.

Claims (9)

1. Anordnung zur dichten Durchführung einer flexiblen Leiter­ platte (5) durch eine Gehäusewandfuge, mit

• - zwei die Gehäusewandfuge definierenden Gehäusewandteilen (2, 10),
• - zwei im Fugenbereich einander gegenüberliegend angeordneten Formdichtungen (22, 22'), und
• - der zwischen den beiden Formdichtungen (22, 22') durchge­ führten flexiblen Leiterplatte (5),

dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Formdichtungen (22, 22') mit einem Dichtprofil (27, 27') gestaltet sind, das beim Zusammenfügevorgang der beiden Gehäusewandteile (2, 10) eine Längsverschiebung der flexiblen Leiterplatte (5) hervorruft.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beide Formdichtungen (22, 22') mit einer gegenüber der Fügerichtung geneigt verlaufenden Dicht­ lippe (29, 29') ausgestaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer der Formdichtungen (22, 22') benach­ bart der Dichtlippe (29, 29') eine als Materialverdrängungbe­ reich oder Ausnehmung gestaltete Lippenaufnahmezone (30, 30') ausgebildet ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer der Formdichtungen (22') eine Ver­ steifungsstruktur (31) eingebettet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Versteifungsstruktur (31) in die Dichtlippe (29') hinein erstreckt.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsstruktur (31) zumindest teilweise um die Lippenaufnahmezone (30') herum geführt ist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer der Formdichtungen (22, 22') benach­ bart der Dichtlippe (29, 29') eine zunächst muldenförmige Ma­ terialaushebungszone (28, 28') gestaltet ist, die beim Zusam­ menfügevorgang der beiden Gehäusewandteile (2, 10) durch Ma­ terialstauchung einen flächigen Dichtabschnitt ausbildet.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Gehäusewandteil (2, 10) eine Dichtnut (20, 21) ausgebildet ist, in die die Formdichtungen (22, 22') einge­ setzt sind.

9. Motor- und/oder Getriebesteuergerät für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerätgehäuse (2, 3) eine Durchführungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfaßt.