DE4210979C2 - Wasserdichtes Gehäuse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein wasserdichtes Gehäuse für elektrische und/oder optische Bauelemente mit einem feinporösen Belüftungs­ element, und mit einem Verbinder, der mit mindestens einem Kon­ taktelement ausgerüstet ist und der durch eine Verbindungsebene eine leitende Verbindung zwischen den Bauelementen und den Kon­ taktelementen herstellt.

Aus der Funkschau 1976, Band 48, Heft 18, S. 50, ist es bekannt, wasserdichte Gehäuse für elektronische Schaltungen mit einer Möglichkeit zum Druckausgleich auszustatten. Zur Vermeidung von vorübergehenden Unterdruckphasen und deren Folgen wird ein Be­ lüftungselement an einer Gehäuseöffnung befestigt, das eine hohe Luftdurchlässigkeit hat, aber kein flüssiges Wasser durchläßt. Durch den so herbeigeführten Druckausgleich erreicht man, daß über sonstige Leckstellen, die natürlich auch dann nur bis zu einer gewissen Größe zulässig sind, kein Wasser mehr angesaugt werden kann. In dieser Literaturstelle ist ein solches Gehäuse dargestellt. Hierbei ist sowohl das Belüftungselement als auch ein elektrischer Anschluß für die Schaltung in separaten Durch­ führungen im Gehäuse realisiert. Zwei Durchführungen und deren Einsätze erfordern einen hohen Fertigungsaufwand, besonders be­ züglich ihrer eigenen Wasserdichtigkeit. Neben zwei separaten und exakt zu erstellenden Bauteilen muß diese Anordnung und de­ ren Bauteile je nach Anwendungsfall immer wieder modifiziert werden. Im Bereich der Kraftfahrzeugelektronik ist es wünschens­ wert, daß sowohl die Anzahl der eventuell undicht werdenden Stellen als auch die Anzahl der Varianten vermindert werden.

Aus der DE 36 35 165 A1 ist ein zweiteiliges Gehäuse bekannt, wobei die beiden Gehäuseteile nach Art einer Steckverbindung zusammengefügt sind. In den Gehäuseteilen sind Öffnungen vorhanden, die immer einen Durchlaß gewährleisten, über welchen ein abgedichteter Raum zwischen den beiden Gehäuseteilen einerseits mit einem ein elektrisches Bauteil beinhaltenden Raum im ersten Gehäuseteil und andererseits mit einem Ausgang am zweiten Gehäuseteil verbunden ist. In die Öffnung zur Beatmung des die elektrischen Bauteile beinhaltenden ersten Gehäuseteiles kann ein Filterelement eingesetzt werden.

Des weiteren ist es aus der DE-OS 30 17 874 bekannt, ein wasser­ dichtes Gehäuse für Relais und andere Bauelemente zu schaffen, bei dem unerwünschte Gaskonzentrationen vermieden werden. Die Gehäusewände sind teilweise aus einem gasdurchlässigen, aber flüssigkeitsdichtem Material gebildet. Die Kontaktierung der Bauelemente bzw. des Relais erfolgt mittels Anschlußstifte, die dicht durch das Gehäuse geführt sind. Neben den Belüftungsöff­ nungen wurden auch hier zusätzliche Bereiche zum Anschluß exter­ ner Geräte benötigt. Diese Öffnungen wären mögliche Fehlerstel­ len, durch die Wasser eintreten kann.

Aus der DE 33 07 654 A1 ist ein elektrisches Schaltgerät bekannt, in dessen Gehäuse eine Leiterplatte angeordnet ist, auf der sich Verbindungsmittel und mehrere Anschlußelektroden von elektrischen Bauelementen befinden. In einer Gehäusewand ist eine Öffnung ausgebildet, in welcher eine Steckerleiste unter Zwischenlage einer Dichtung eingesetzt ist. Ein an sich bekannter Gegenstecker schafft die weiteren Verbindungen zu außerhalb des Gehäuses liegenden Leitungen und Bauteilen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein wasserdichtes Gehäuse für elektrische und/oder optische Bauelemente, das separate Bereiche zum Gasaustausch und zum Anschluß externer Geräte aufweist, zu vereinfachen.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, daß die Belüftung nicht mehr unmittelbar am Gehäuse erfolgt. Der Verbinder zum An­ schluß externer Geräte und das Belüftungselement sind zu nur einer Baueinheit zusammengefaßt. Ein solcher Verbinder wird uni­ versell nutzbar. Es entstehen zwei voneinander unabhängige Ein­ heiten - Gehäuse und Verbinder -, die im Bedarfsfall kombiniert werden können. Die Integration des Belüftungselementes in den Verbinder erfordert neben den einmaligen Konstruktions- und Fer­ tigungskosten auch nur den ohnehin notwendigen Durchbruch im Ge­ häuse für den Anschluß der darin befindlichen Bauelemente. Da­ durch kann das Gehäuse wie bisher, also ohne Belüftungselement, gefertigt werden und erhält mit dem Einbau des Verbinders gleichzeitig eine Belüftung bei Verminderung der möglichen Leck­ stellen. Verbinder und Gehäuse können relativ unabhängig vonein­ ander konstruiert und gefertigt werden. Bei einem neuen Produkt oder wechselnder Anschlußbelegung wird ein entsprechender Ver­ binder aus einem Lager der Fertigung zugeführt und tritt im Fer­ tigungsprozeß an die Stelle des bisherigen Verbinders. Der Ver­ binder kann bereits vor dem Zusammenbau mit dem Gehäuse auf Funktionsfähigkeit bezüglich der Belüftung und der Wasserdich­ tigkeit überprüft werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die verschiedensten Gehäuse durch einfaches Auswechseln des vorhan­ denen Verbinders gegen einen erfindungsgemäßen Verbinder belüft­ bar nachzurüsten.

Das Belüftungselement wird aus einer textilen Membran aus gas­ durchlässigem und flüssigkeitsdichtem PTFE hergestellt. Die Po­ ren des PTFE gewährleisten einen genügenden Luftaustausch, weil einerseits das flüssige Wasser aufgrund seiner hohen Oberflä­ chenspannung nicht durch die Poren in das Gehäuse eindringen kann und andererseits bei der großen Zahl von Poren ausreichend viele nicht mit Wasser bedeckt sind. Diese Membran ist in einem Rahmen befestigt und bildet somit einen Einsatz, der als separa­ tes Teil gefertigt wird. Der Verbinder ist an einer leicht zu­ gänglichen Stelle mit einer entsprechenden Ausnehmung versehen, in der der Einsatz dichtend befestigt wird. Vorzugsweise wird der Einsatz in der Ausnehmung mit dem Verbinder verklebt oder verschweißt. Denkbar wäre auch die Möglichkeit eines wechselba­ ren Einsatzes, der im Falle von Verschmutzung, Falschausrüstung oder eines Defektes ausgetauscht wird. Dies ist jedoch nur sinn­ voll, wenn es konstruktiv einfache Lösungen zum dichten Einbau des Einsatzes gibt.

Die Anordnung des Einsatzes außerhalb der Verbindungsebene zwi­ schen Kontaktelement und Bauelement oder Kontaktelement und Kon­ taktelement verhindert, daß beim Verbinden bzw. Stecken die Mem­ bran beschädigt wird. Ein defektes Belüftungselement kann so leicht mittels Sichtprüfung erkannt werden, ohne den Verbinder zu lösen. Der konstruktive Aufwand für eine Anordnung des Ein­ satzes innerhalb der Verbindungsebene ist erheblich, da gerade in diesem Bereich schon viele Kammern, Verriegelungen und Dich­ tungen benötigt werden. Eine senkrechte Anordnung des Belüf­ tungselementes vermindert die Gefahr einer frühzeitigen Ver­ schmutzung. Verunreinigungen oder Wassertropfen können sich an­ fangs dort nicht flächendeckend festsetzen und die Poren für den Luftaustausch verstopfen. Aufgrund der Erdanziehungskraft können sich Verunreinigungen zumindest nur an den unteren Ecken des Be­ lüftungselementes sammeln, oder vorteilhafterweise in einer da­ runterliegenden Ebene. Ebenso wird Wasser abfließen. Als zusätz­ lichen Schutz bieten sich konstruktive Maßnahmen an, die die Funktion einer schützenden Barriere übernehmen.

Die Verbindung der Umgebungsluft durch das Belüftungselement mit dem Gehäuseinneren erfolgt über einen Belüftungskanal. Solch ein Kanal genügt, um ausreichenden Gasaustausch zu gewährleisten und ist einfach in einem Verbinder zu realisieren.

Der erfindungsgemäße Verbinder ist sowohl für elektrische als auch für optische Anwendungen auszulegen. Neben der Kurzschluß­ gefährdung durch Wasser im elektrischen Bereich wird im opti­ schen Bereich auch zunehmend auf Wasserdichtigkeit Wert gelegt, um einwandfreie Übertragungswege zwischen den optischen Fasern zu garantieren.

Besonders in der Kraftfahrzeugelektronik werden wasserdichte aber belüftete Gehäuse gefordert. Daher ist es sinnvoll, die dort häufig verwendeten Gehäuse und Steckverbinder dahingehend zu vereinfachen, daß wenigstens in einer der Kupplungshälften des Steckverbinders ein Belüftungselement integriert ist. Allge­ mein werden die hierfür benötigten mehrpoligen Steckverbinder in abgewinkelter Form gefertigt und deren Kontaktelemente in sepa­ raten Hohlräumen verrastet. Darüber hinaus sind auch Steckver­ binder üblich, bei denen die Kontaktelemente bereits bei der Formgebung der Steckverbindung mit eingegossen und in ihrer Lage fixiert werden. Diese Methode erhöht die Dichtigkeit des Steck­ systemes, da zwischen Gußkörper und Kontaktelement in der Regel kein Hohlraum verbleibt. Zum Schutz des Gesamtsystemes vor gro­ ben Umwelteinflüssen wird eine Abdeckung über den Anschlußbereich geklappt, die zur Belüftung mit Löchern versehen ist.

In den nachfolgenden Zeichnungen ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt ausschnittsweise einen Schnitt eines Gehäuses mit einem Verbinder gemäß der Linie A-A aus Fig. 2.

Fig. 2 zeigt das Gehäuse und den Verbinder in einem Schnitt gemäß der Linie B-B aus Fig. 1.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Ausschnitt eines zweiteiligen, rechteckigen Gehäuses 1 mit mehreren Verbindern 2 und Leiter­ platten 3 dargestellt. Die Fig. 1 zeigt eine obere Gehäuse­ hälfte 4 mit einer darin befestigten mit elektrischen und/oder optischen Bauelementen bestückbaren Leiterplatte 3. Diese Lei­ terplatte 3 ist ohne Bestückung und nur schematisch angedeutet. Das Gehäuse 1 ist im Spritzgußverfahren hergestellt und hat etwa mittig in einer Gehäusewand 5 einen rechteckigen Durchbruch 4, der zur Fixierung einer Dichtung 7 von einem umlaufenden Vor­ sprung 8 umgeben ist. In dem Durchbruch 6 befindet sich ein er­ findungsgemäßer Verbinder 2, der hier als zweiteiliger Steckver­ binder 2 ausgebildet ist. Eine erste Kupplungshälfte 9 des Steckverbinders 2 besteht aus rechtwinkelig abgebogenen Kontakt­ elementen 10, die in einem ebenfalls winkelig geformten Gußkör­ per 9 eingegossen und in ihrer Lage fixiert sind. Ein erster Schenkel 11 der ersten Kupplungshälfte 9 ist in dem Durchbruch 6 eingesetzt und erhält durch einen angeformten Flansch 12 eine stabile Auflage an der Gehäusewand 5. In diesen Flansch 12 ist eine umlaufende Nut 13 eingelassen, die die Dichtung 7 aufnimmt. Mehrere Verschraubungen befestigen die erste Kupplungshälfte 9 an der Gehäusewand 5 und schaffen durch die dabei komprimierte Dichtung 7 einen wasserdichten Übergang. Die Kontaktelemente 10 ragen aus dem in das Gehäuse eingesetzten ersten Schenkel 11 heraus und sind in Durchgangslöchern 14 der Leiterplatte 3 ein­ geführt. Der zweite Schenkel 15 der ersten Kupplungshälfte 9 be­ findet sich außerhalb des Gehäuses 1 und ist zur Aufnahme einer zweiten Kupplungshälfte 16 mit einem entsprechenden Hohlraum 17 ausgebildet. Die Kontaktelemente 10 ragen in den Hohlraum 17 hi­ nein. Gegenüber des zweiten Schenkels 15 ist die erste Kupp­ lungshälfte 9 mit einer senkrechten runden Ausnehmung 18 verse­ hen, an die sich im Gußkörper 9 ein in Richtung des Gehäuseinne­ ren führender Kanal 20 anschließt. Ein runder vorgefertigter Einsatz 21 aus einem in einem Rahmen 22 aufgespannten Belüf­ tungselement 23 ist in dieser Ausnehmung 18 befestigt. Je nach Anforderung erfolgt die Befestigung des Einsatzes 21 durch Kle­ bung oder durch Erosionsschweißung. In diesem vorgefertigten Zu­ stand wird die obere Gehäusehälfte 4 mit der darin befestigten Leiterplatte 3 und der eingesetzten ersten Kupplungshälfte 9 durch ein Lötbad geführt, wobei die Bauelemente und die Kontakt­ elemente 10 der ersten Kupplungshälfte 9 mit der Leiterplatte 3 verlötet werden. Nach Beendigung der Lötung und der notwendigen Nacharbeiten werden die beiden Gehäusehälften dicht zusammenge­ fügt. Die Kontaktelemente 10 der ersten Kupplungshälfte 9 werden anschließend über eine Verbindungsebene V mit den komplementären Kontaktelementen der zweiten Kupplungshälfte 16 verbunden. Auf die Darstellung der Anschlußleitungen, der Kontaktierungen und der Kontaktelemente wurde verzichtet, so daß die zweite Kupp­ lungshälfte 16 nur als Schema sichtbar ist. Zwischen den beiden Kupplungshälften 9, 16 des Steckverbinders 2 ist ebenfalls eine Dichtung 24 angeordnet, die durch eine Schraubverbindung der beiden Kupplungshälften 9, 16 komprimiert wird und einen Wasser­ eintritt in das System verhindert. Zum Schutz des Verbinders 2 vor Umwelteinflüssen befindet sich auf dem Gehäuse 1 eine Ab­ deckung 25. Diese Abdeckung 25 ist mit Hilfe eines Gelenkes 26 schwenkbar am Gehäuse 1 gelagert und wird in geschlossenem Zu­ stand durch lösbare Verriegelungen am Gehäuse 1 gehalten. Vor­ zugsweise ist diese Abdeckung 25 aus durchsichtigem Material, um schnell etwaige Defekte des Anschlußsystemes erkennen zu können.

Die Fig. 2 zeigt das oben beschriebene Gehäuse 1 und den Ver­ binder 2 in einem Schnitt gemäß der Linie B-B der Fig. 1. Über die obige Beschreibung hinaus ist dort die Anschlußbelegung der ersten Kupplungshälfte 9 des Steckverbinders 2 und die Ver­ schraubung zur Befestigung der ersten Kupplungshälfte 9 an der Gehäusewand 5 erkennbar.

Alternativ zum beschriebenen Beispiel sind andere Verbindungsar­ ten möglich. Die Reihenfolge der Fertigungsschritte kann eben­ falls variieren.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Verbinder, Steckverbinder
3 Leiterplatte
4 obere Gehäusehälfte
5 Gehäusewand
6 Durchbruch
7 Dichtung
8 Vorsprung
9 erste Kupplungshälfte, Gußkörper
10 Kontaktelemente
11 erster Schenkel
12 Flansch
13 Nut
14 Durchgangslöcher
15 zweiter Schenkel
16 zweite Kupplungshälfte
17 Hohlraum
18 Ausnehmung
19 Gehäuseinnere
20 Kanal
21 Einsatz
22 Rahmen
23 Belüftungselement
24 Dichtung
25 Abdeckung
26 Gelenk
V Verbindungsebene

Claims (11)

1. Wasserdichtes Gehäuse für elektrische und/oder optische Bauelemente,

• - mit einem feinporösen Belüftungselement,
• - und mit einem Verbinder,
• - der mit mindestens einem Kontaktelement ausgerüstet ist,
• - und der durch eine erste Verbindungsebene (V 1) eine leitende Verbindung zwischen den Bauelementen und den Kontaktelementen herstellt, wobei das Belüftungselement (23) in den Verbinder (2) integriert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (10) außerhalb des Gehäuses eine zweite Verbindungsebene (V2) bildend rechtwinklig abgebogen und in einem Gußkörper (9) in ihrer Lage zueinander fixiert sind, und innerhalb des Gehäuses mit den Bauelementen mittels Lötkontakten auf einer gedruckten Leiterplatte (3) in leitender Verbindung stehen.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Belüftungselement (23) aus einer textilen Membran aus gasdurchlässigem und flüssigkeitsdichtem Material besteht.

3. Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Belüftungselement (23) aus Polytetrafluorethylen besteht.

4. Gehäuse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Belüftungselement (23) in einem Rahmen (22) aufgespannt ist und einen separaten Einsatz (21) bildet.

5. Gehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Belüftungselement (23) außerhalb der zweiten Verbindungsebene (V2) angeordnet ist.

6. Gehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Belüftungselement (23) senkrecht in dem Verbinder (2) angeordnet ist.

7. Gehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Belüftungskanal (20) vom Belüftungselement (23) in das Gehäuse (1) führt.

8. Gehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbinder nach Art eines optischen Verbinders ausgebildet ist.

9. Gehäuse gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbinder ein Steckverbinder ist und zwei Kupplungshälften (9, 16) aufweist, die durch die zweite Verbindungsebene (V2) die leitende Verbindung zwischen ihren Kontaktelementen herstellen.

10. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbinder (2) von einer am Gehäuse (1) angelenkten Abdeckung (26) geschützt ist.

11. Gehäuse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (26) mit Lüftungslöchern versehen ist.