WO2020239380A1 - Dichtungsanordnung zur statischen abdichtung einer vereisungsgefährdeten bauteilkomponente - Google Patents

Dichtungsanordnung zur statischen abdichtung einer vereisungsgefährdeten bauteilkomponente Download PDF

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WO2020239380A1
WO2020239380A1 PCT/EP2020/062624 EP2020062624W WO2020239380A1 WO 2020239380 A1 WO2020239380 A1 WO 2020239380A1 EP 2020062624 W EP2020062624 W EP 2020062624W WO 2020239380 A1 WO2020239380 A1 WO 2020239380A1
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Joerg Engelhardt
Guido Bernd Finnah
Peter Diesel
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a sealing arrangement for the static sealing of a disk-shaped sensor and / or optical component component at risk of icing against a component housing coming into contact with it at the edge, comprising an elastomeric sealing element arranged in between for static housing sealing, which is provided with means for electrical heating for deicing heat transfer from the elastomeric sealing element is equipped on the component.
  • sealing arrangement according to the invention can also be used outside of automotive engineering, namely in technical areas which are similarly designed Use component components that are at risk of icing, for example in structural engineering or household appliance technology.
  • WO 2013/092964 A2 discloses a heating element, which is also created, inter alia, for the purpose explained above, which is of interest here, for a wide range of automotive applications, including for use as a contact surface heater for windows, exterior mirrors and the like.
  • the heating element comprises at least one thermoelectric heating element, which is formed from a thermoplastic conductive plastic and can be supplied with electrical energy via at least two conductor tracks. They are there
  • Conductor tracks applied by means of a thermal spray method in particular by standardized plasma spraying.
  • the conductor tracks applied in this way are each connected in an electrically conductive manner to an electrical connection point, in particular to at least one contact pin.
  • the previously known heating element can be designed in a correspondingly plate-like manner and preferably consists of sintered balls or granules made of the thermoplastic conductive plastic used here.
  • Such a surface heating requires a correspondingly additional installation space and is for disk-shaped sensory or optical
  • Component components of the type of interest here are unsuitable because they would block the beam path.
  • Sealing arrangements for the static sealing of components at risk of icing which are equipped with means for electrical heating for de-icing heat transfer from the sealing element to the component.
  • heating wires or the like are usually combined with the sealing element. It is the object of the present invention to create a sealing arrangement for the static sealing of a disk-shaped sensor and / or optical component component that is prone to icing, which is provided with reliable means for electrical heating of the sealing element that are easy to manufacture from a manufacturing point of view.
  • the object is based on a sealing arrangement according to the preamble of claim 1 in conjunction with the characterizing part thereof
  • the invention includes the technical teaching that the means for electrically heating the sealing element comprise an electrically conductive elastomer which is permanently spaced from one another over at least two
  • Electrical contacting points arranged sealing element can be acted upon with electrical energy.
  • the invention makes use of the structural condition that the sealing element is static
  • Housing sealing is usually the last component that is flat against the sensor and / or optical component. Tests have shown that an electrical application of the electrically conductive elastomer, which leads to a current flow along the cross-section, causes sufficient heating of the sealing element and the thermal energy generated by this can be transferred to the component components that come into contact with it at the edge for sufficient deicing.
  • the heating means according to the invention do not stand in the way of the beam path through the disk-shaped sensor or optical component.
  • the use of elastomers for the purpose of the invention also has the advantage that they are crosslinked and thus the electrically conductive filler material contained therein is fixed immovably within the network structure.
  • the elastomer material can react flexibly to thermal expansion and the resulting increased pressure on the component to be heated improves the heat transfer.
  • the sealing effect is of course also improved at the same time.
  • the elastomer material of a seal is usually not subject to any aging due to the numerous expansions over the service life, since these are within the expansion range that is not critical for elastomers.
  • the thermoplastics used for similar purposes in the prior art have only a low elongation at break and can be subject to undesirable aging up to thermomechanical failure due to many thermal expansion processes.
  • the sealing element as
  • An insert component which is arranged in a circumferential groove made on the component housing side or on the edge side of the component component.
  • a circumferential groove which can run in the radial or axial direction, allows a prefabricated sealing element to be inserted in a simple manner and electrically contacted.
  • Additional fixing means such as a cap crown or the like, are usually required as fastening means.
  • the sealing element is also conceivable to form the sealing element as an injection molded part or the like directly on the edge of the component or on the component housing.
  • a retaining groove can be provided on the component housing or the component component in order to strengthen the stability of the connection.
  • Contact can be made at the electrical contact points of the sealing element.
  • another suitable primary molding process for example 3D printing from the various material components, can also be used.
  • Contacting point of the sealing element can also be provided with an adhesion promoter to increase the electrical conductivity at the connection point.
  • an adhesion promoter known per se, can be applied to the contact pins before the production of the sealing element or, alternatively, can be added to the elastomer material. If no separate adhesion promoter is used, sufficient clawing of the contact pins in the
  • the sealing element preferably has exactly two oppositely arranged contacting points which are connected to one another by two current paths of equal length. The same length
  • Component component is specified.
  • a metallic contact pin claws into the electrically conductive one
  • the contact pressure is caused by the thermal expansion of the
  • Basic materials are used to manufacture the sealing element, which are part of an elastomer material group, including: Natural rubbers, thermoplastic elastomers, ethylene propylene diene monomer rubber (EPDM), silicones, fluororubbers.
  • Natural rubbers thermoplastic elastomers, ethylene propylene diene monomer rubber (EPDM), silicones, fluororubbers.
  • a filler material of the sealing element which produces the electrical conductivity in such an elastomeric base material is preferably selected from a group of conductor materials comprising: metallic particles, carbon blacks, graphites, carbon fibers, carbon nanotubes.
  • the proportion of filler material in the sealing element should be in the range between 10 to 70% by volume in order to achieve the deicing effect according to the invention in the applications according to the invention, without having to use too much electrical energy on the other hand.
  • a range between 30 to 50% by volume has very preferably proven to be particularly effective for achieving the aforementioned optimization goal.
  • Resistance of the sealing element can be adjusted depending on the prevailing structural conditions and, moreover, the quite high
  • the disk-shaped component is designed as an optical lens of a camera system or the like, a headlight glass of vehicle lighting or as an optically non-transparent cover disk of an ultrasonic or radar sensor.
  • other preferably disk-shaped component components that have an edge housing seal and are at risk of icing at their installation location can also be equipped with the solution according to the invention.
  • a de-icing function can also prevent the windows from fogging up. So far, this has been achieved through the waste heat from the illuminants used. Since LED lights are increasingly being used as light sources, less heat is released in the headlights and no longer reliably prevents fogging of the headlight. The solution according to the invention would also provide a remedy for this.
  • FIG. 1 shows a partial longitudinal section through an optical lens arrangement of a
  • FIG. 3 shows a partial longitudinal section through an optical lens arrangement of a
  • FIG. 4 shows a schematic longitudinal section through another camera system with cap crown and sealing arrangement according to the invention in a first embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic longitudinal section of a detail of the camera system according to FIG. 4 with a sealing arrangement according to a further embodiment
  • 6A-B schematic longitudinal sections to illustrate an electrical contact in the sealing arrangement according to the invention according to a first embodiment
  • 7A-B are schematic longitudinal sections to illustrate electrical contacting in the sealing arrangement according to the invention according to a second embodiment
  • FIG. 8 is a schematic longitudinal section to illustrate a
  • a disk-shaped optical component component 1 in the form of a front lens is used in a camera system of a motor vehicle (not shown in further detail), which is used with various other optical lenses in a tubular lens holder as component housing 2.
  • the outer surface of the optical component 1 is exposed to condensation and freezing at the place of use in the motor vehicle due to environmental influences.
  • the optical component component 1 is statically sealed with respect to the component housing 2 via a radial, ring-shaped elastomeric sealing element 3 and an axial, elastomeric, ring-shaped sealing element 4.
  • the axial ring-shaped elastomeric sealing element 4 consists of an electrically conductive elastomer, which can be supplied with electrical energy via two electrical contacting points 5 arranged opposite one another and permanently arranged on the sealing element 4 - only one of which is shown here - so that the sealing element 4 heats up, as a result of which the heat is transferred to the disk-shaped component 1 due to the contact pressure and the desired de-icing effect unfolds.
  • the electrical contacting point 5 is realized by piercing and clawing a metallic contact pin 6 into the elastomer material of the electrically conductive sealing element 4.
  • the sealing element 4 is designed here as an insert component which is arranged in a circumferential groove 7 formed between the component housing 2 and the adjacent lens. Because of the large contact area of the
  • Sealing element 4 on component 1 to be heated there is good heat transfer.
  • FIG. 2 it is also possible to equip only one radially arranged annular elastomeric sealing element 3 with the means according to the invention for electrical heating, whereby the heat transfer from the outer radial edge area into the component 1 is initiated.
  • both the radially arranged ring-shaped elastomeric sealing element 3 and the axially arranged ring-shaped sealing element 4 between the component component 1 and the component housing 2 consist of the electrically conductive elastomer according to the invention, which here via a common metallic contact pin 6 ' to realize the contact point 5 (by way of example) can be electrically acted upon.
  • the metallic contact pin 6 is here by a multiple
  • Sealing elements 3 and 4 is inserted, but on the respective
  • this sealing arrangement is capable of maximum heat input into the one to be heated
  • this consists essentially of a camera housing 7 with a sleeve-shaped component housing 2 ′ inserted therein, at the distal end of which a component component designed as an optical lens is arranged.
  • the component component is detachably attached to the component housing 2 ‘by means of a screw connection by means of a union crown 8. It becomes the disc-shaped
  • Sealing element 4 ‘pressed, which consists of the electrically conductive elastomer according to the invention. This is where the heat transfer takes place.
  • Sealing element 4 ‘pressed, which consists of the electrically conductive elastomer according to the invention. This is where the heat transfer takes place.
  • Component housing 2 ‘, an optical sensor 9 of the camera system is arranged at the end of the beam path formed by component housing 2‘.
  • a power supply 10 is also used here for the electrical application of the electrically conductive sealing element 4 ', for which purpose two metallic contact pins 6a and 6b arranged exactly opposite one another on the sealing element 4' are provided. In this way, two current paths of equal length are created, the each extend on both sides of the contact pins 6a and 6b and ensure uniform heating of the sealing element 4 '.
  • an electrically conductive elastomeric sealing element 4 'designed according to the invention is designed as a positive-locking multiple seal which, in the axial direction, provides a seal against the component as well as a seal against the component housing 2' in the radial direction.
  • screwed cap crown 8 executes.
  • This annular elastomeric sealing element 4 ′′ is provided in the axial direction with a contact surface that is wider than in the exemplary embodiment described above, in order to improve the heat transfer to the component.
  • Component housing 2 ‘according to FIG. 6B.
  • the adhesion of the elastomer material at the end of the metallic contact pin 6 is improved by an added adhesion promoter. In principle, the overmolding takes place
  • FIGS. 7A and 7B illustrates a second possibility of electrical and mechanical connection of contact pins 6 (by way of example) at the two contact-making points 5a and 5b. This is done by a
  • Component housing 2 ‘injection molded from plastic via an injection point 12, after which an electrically conductive elastomer material is applied to the other
  • Injection point 11 is injected to form the sealing element 4 ‘".
  • the two metallic contact pins 6 are then stitched in

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zur statischen Abdichtung einer vereisungsgefährdeten scheibenförmigen sensorischen und/oder optischen Bauteilkomponente (1; 1') gegenüber einem hieran randseitig zur Anlage kommenden Bauteilgehäuse (2; 2'), umfassend mindestens ein dazwischen angeordnetes elastomeres Dichtungselement (3; 4; 4'; 4''; 4''') zur statischen Gehäuseabdichtung, das mit Mitteln zum elektrischen Aufheizen für eine enteisende Wärmeübertragung vom elastomeren Dichtungselement (3; 4; 4'; 4''; 4''') auf die Bauteilkomponente (1; 1') ausgestattet ist, wobei die Mittel zum elektrischen Aufheizen des Dichtungselements (3; 4; 4'; 4''; 4''') ein elektrisch leitfähiges Elastomer umfassen, welches über mindestens zwei voneinander beabstandet permanent am Dichtungselement (3; 4; 4'; 4''; 4''') angeordnete elektrische Kontaktierungsstellen (5; 5a, 5b) mit elektrischer Energie beaufschlagbar ist.

Description

Beschreibung
Titel:
Dichtungsanordnung zur statischen Abdichtung einer vereisungsgefährdeten Bauteilkomponente
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zur statischen Abdichtung einer vereisungsgefährdeten scheibenförmigen sensorischen und/oder optischen Bauteilkomponente gegenüber einem hieran randseitig zur Anlage kommenden Bauteilgehäuse, umfassend ein dazwischen angeordnetes elastomeres Dichtungselement zur statischen Gehäuseabdichtung, das mit Mitteln zum elektrischen Aufheizen für eine enteisende Wärmeübertragung vom elastomeren Dichtungselement auf die Bauteilkomponente ausgestattet ist.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die
Kraftfahrzeugtechnik. Um beispielsweise Kamerasysteme und Sensoren in Kraftfahrzeugen auch bei kalten Temperaturen in schnelle Einsatzbereitschaft zu versetzen, sind diese erforderlichenfalls zu enteisen und während des Betriebes eisfrei zu halten. Ferner ist ein Schutz vor Beschlagen durch Feuchtigkeit erforderlich. Hierzu wird in der Regel bei Kamerasystemen nahe der vordersten optischen Linse eine Wärmequelle angebracht. Auch andere Sensoren, wie beispielsweise Ultraschallsensoren oder Radarsensoren, besitzen als äußere Bauteilkomponente eine häufig aus Kunststoff bestehende scheibenförmige Abdeckung, die für das Sensorsignal transparent zu sein hat. Auch hierfür ist eine Wärmequelle nahe dieser Abdeckung erforderlich, um eine Enteisung vorzunehmen. Auf diese Weise können Eis- und Schneeschichten beim Kaltstart des Kraftfahrzeuges aufgetaut werden und die Abdeckung während der Fahrt eis- und schneefrei gehalten werden, wodurch alternative Wischer- oder Spritzsysteme entbehrlich sind. Daneben lässt sich die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung auch außerhalb der Kraftfahrzeugtechnik anwenden, nämlich auf technischen Gebieten, welche ähnlich ausgebildete vereisungsgefährdete Bauteilkomponenten nutzen, beispielsweise in der Bautechnik oder der Hausgerätetechnik.
Stand der Technik
Die WO 2013/092964 A2 offenbart ein unter anderem auch für den hier interessierenden vorstehend erläuterten Zweck geschaffenes Heizelement für vielfältige kraftfahrzeugtechnische Anwendungen, unter anderem auch zum Einsatz als Kontaktflächenheizung für Scheiben, Außenspiegel und dergleichen.
Das Heizelement umfasst zumindest einen thermoelektrischen Heizkörper, der aus einem thermoplastischen Leitkunststoff gebildet ist und über mindestens zwei Leiterbahnen mit elektrischer Energie versorgbar ist. Dabei sind die
Leiterbahnen mittels eines thermischen Spritzverfahrens aufgebracht, insbesondere durch ein standardisiertes Plasmaspritzen. Die so aufgebrachten Leiterbahnen sind jeweils mit einer elektrischen Anschlussstelle, insbesondere mit mindestens einem Kontaktstift, elektrisch leitend verbunden.
Zur Anbringung an eine Außenspiegelrückseite kann der vorbekannte Heizkörper entsprechend plattenförmig ausgebildet sein und besteht vorzugsweise aus gesinterten Kugeln oder Granulat aus dem hier verwendeten thermoplastischen Leitkunststoff.
Eine derartige Flächenheizung erfordert einen entsprechend zusätzlichen Bauraum und ist für scheibenförmige sensorische oder optische
Bauteilkomponenten der hier interessierenden Art deshalb nicht geeignet, weil diese den Strahlengang versperren würde.
Aus dem allgemein bekannten Stand der Technik gehen ferner auch
Dichtungsanordnungen zur statischen Abdichtung vereisungsgefährdeter Bauteile hervor, welche mit Mitteln zum elektrischen Aufheizen für eine enteisende Wärmeübertragung vom Dichtungselement auf das Bauteil ausgestattet sind. Hierfür werden üblicherweise Heizdrähte oder dergleichen mit dem Dichtungselement kombiniert. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungsanordnung zur statischen Abdichtung einer vereisungsgefährdeten scheibenförmigen sensorischen und/oder optischen Bauteilkomponente zu schaffen, welche mit fertigungstechnisch einfach herzustellenden und zuverlässig wirkenden Mitteln zum elektrischen Aufheizen des Dichtungselements versehen ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird ausgehend von einer Dichtungsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden
Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Mittel zum elektrischen Aufheizen des Dichtungselements ein elektrisch leitfähiges Elastomer umfassen, welches über mindestens zwei voneinander beabstandet permanent am
Dichtungselement angeordnete elektrischen Kontaktierungsstellen mit elektrischer Energie beaufschlagbar ist.
Mit anderen Worten wird hierdurch das elastomere Dichtungselement selbst als Wärmequelle nutzbar gemacht. Dies hat den Vorteil, dass der bestehende elastomere Anpressdruck des Dichtungselements gegenüber der zu enteisenden Bauteilkomponente für einen effizienten Wärmeübergang genutzt werden kann. Außerdem wird für zusätzliche Heizmittel kein separates bauraum
beanspruchendes Bauteil benötigt. Die Erfindung macht sich die konstruktive Gegebenheit zunutze, dass das Dichtungselement zur statischen
Gehäuseabdichtung meist das letzte flächig anliegende Bauteil zur sensorischen und/oder optischen Bauteilkomponente ist. Versuche haben ergeben, dass eine elektrische Beaufschlagung des elektrisch leitenden Elastomers, welche zu einem Stromfluss entlang des Querschnitts führt, eine hinreichende Aufheizung des Dichtungselements hervorruft und die hierdurch erzeugte Wärmeenergie zur hinreichenden Enteisung auf die hieran randseitig zur Anlage kommende Bauteilkomponente übertragbar ist. Die erfindungsgemäßen Aufheizmittel stehen dabei nicht dem Strahlengang durch die scheibenförmige sensorische oder optische Bauteilkomponente im Wege. Die Verwendung von Elastomeren zum erfindungsgegenständlichen Zweck hat zudem den Vorteil, dass diese vernetzt werden und somit das hieran enthaltene elektrisch leitfähige Füllmaterial innerhalb der Netzstruktur unverschiebbar fixiert ist. Zudem kann das Elastomermaterial bei thermischer Ausdehnung flexibel reagieren und die hierdurch hervorgerufene erhöhte Anpressung an die aufzuheizende Bauteilkomponente verbessert den Wärmeübergang. Außerdem verbessert sich natürlich gleichzeitig auch die Dichtwirkung. Zudem ist das Elastomermaterial einer Dichtung gewöhnlich keiner Alterung aufgrund der über die Lebensdauer zahlreichen Ausdehnungen unterworfen, da diese innerhalb des für Elastomere unkritischen Dehnbereiches liegen. Demgegenüber besitzen die im Stand der Technik zu ähnlichen Zwecken gebräuchlichen Thermoplaste hingegen nur eine geringe Bruchdehnung und können durch viele thermische Ausdehnungsvorgänge einer unerwünschten Alterung bis hin zu einem thermomechanischen Versagen unterworfen sein.
Gemäß einer ersten Ausführungsform kann das Dichtungselement als
Einlegebauteil ausgebildet sein, das in einer seitens des Bauteilgehäuses oder randseitig der Bauteilkomponente eingebrachten Umfangsnut angeordnet ist. Durch eine solche Umfangsnut, welche in Radial- oder Axialrichtung verlaufen kann, lässt sich ein vorgefertigtes Dichtungselement in einfacher Weise einlegen und elektrisch kontaktieren. Gewöhnlich sind zusätzliche Fixiermittel, wie Überwurf krönen oder dergleichen, als Befestigungsmittel erforderlich.
Alternativ hierzu ist es gemäß einer zweiten Ausführungsform auch denkbar, das Dichtungselement als Spritzgussteil oder dergleichen direkt randseitig der Bauteilkomponente oder seitens des Bauteilgehäuses anzuformen. Ergänzend kann hierfür eine Haltenut am Bauteilgehäuse bzw. der Bauteilkomponente vorgesehen werden, um die Stabilität der Verbindung zu stärken. Das
Spritzgießen hat zudem den Vorteil, dass eine zuverlässige elektrische
Kontaktierung an den elektrischen Kontaktierungsstellen des Dichtungselements herstellbar ist. Neben dem Spritzgießen kann auch ein anderes geeignetes Urformverfahren, beispielsweise auch ein 3D-Druck aus den verschiedenen Materialkomponenten, zum Einsatz kommen. Bei der Anformung des Dichtungselements kann der Bereich der
Kontaktierungsstelle des Dichtungselements zusätzlich mit einem Haftvermittler zur Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit an der Verbindungsstelle versehen werden. Ein solcher an sich bekannter Haftvermittler kann vor der Herstellung des Dichtelements auf die Kontaktpins aufgetragen werden oder alternativ hierzu dem Elastomermaterial beigemischt werden. Wird kein gesonderter Haftvermittler verwendet, so ist auf eine hinreichende Verkrallung der Kontaktpins im
Elastomermaterial zu achten, welche per Anpressung über den Rest des
Verformungsdrucks des Elastomermaterials sichergestellt wird.
Vornehmlich bildet die scheibenförmige sensorische oder optische
Bauteilkomponente eine Kreisform aus, so dass ein hieran angepasstes elastomeres Dichtelement in diesem Falle in Form eines geschlossenen Rings ausgebildet ist. Dabei weist das Dichtungselement vorzugsweise genau zwei gegenüberliegend angeordnete Kontaktierungsstellen auf, die miteinander durch zwei gleich lange Strompfade in Verbindung stehen. Die gleich langen
Strompfade werden insoweit durch die beiden spiegelsymmetrischen Halbkreise des ringförmigen Dichtungselements gebildet und ermöglichen in einfacher Weise eine gleichmäßige Aufheizung des Dichtungselements entlang des gesamten Umfangs. Daneben ist es auch denkbar, dass das Dichtungselement eine andere vorzugsweise geschlossene Formgestalt aufweist, welche in der Regel durch die Randkontur der abzudichtenden scheibenförmigen
Bauteilkomponente vorgegeben ist.
Gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme wird
vorgeschlagen, die Kontaktierungsstellen jeweils durch Einstechen oder
Verkrallen eines metallischen Kontaktpins in das elektrisch leitfähige
Elastomermaterial des Dichtungselements zu realisieren. Die Anpressung wird nach der Kontaktierung durch die wärmebedingte Expansion des
Elastomermaterials in vorteilhafter Weise noch verstärkt.
Zu dem erfindungsgemäßen Zweck können vorzugsweise elastomere
Grundmaterialien zur Herstellung des Dichtelements zum Einsatz kommen, welche Bestandteil einer Elastomermaterialgruppe sind, umfassend: Naturkautschuke, thermoplastische Elastomere, Ethylen-Propylen-Dien- Monomer-Kautschuk (EPDM), Silikone, Fluorkautschuke.
Ein die elektrische Leitfähigkeit in einem solchen elastomeren Grundmaterial erzeugendes Füllmaterial des Dichtungselements ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Leitermaterialgruppe, umfassend: metallische Partikel, Ruße, Graphite, Karbonfasern, Carbonanotubes.
Versuche haben ergeben, dass der Anteil des Füllmaterials im Dichtungselement im Bereich zwischen 10 bis 70 Vol.-% liegen sollte, um die erfindungsgemäße Enteisungswirkung bei den erfindungsgegenständlichen Anwendungen zu erreichen, ohne andererseits zu viel elektrische Energie aufwenden zu müssen. Ganz vorzugsweise hat sich ein Bereich zwischen 30 bis 50 Vol.-% als besonders wirksam zur Erreichung des vorgenannten Optimierungsziels erwiesen. Durch die Mischungsanteile kann der spezifische elektrische
Widerstand des Dichtungselements je nach den herrschenden konstruktiven Randbedingungen eingestellt werden und zudem kann der recht hohe
thermische Ausdehnungskoeffizient des elastomeren Grundmaterials zur Selbstabregelung der Dichtung im Sinne des sogenannten PTC- Effekts (PTC = Positive Temperature Coefficient) nutzbar gemacht werden.
Im Sinne von bevorzugten Anwendungen der erfindungsgemäßen Lösung wird vorgeschlagen, dass die scheibenförmige Bauteilkomponente als eine optische Linse eines Kamerasystems oder dergleichen, ein Scheinwerferglas einer Fahrzeugbeleuchtung oder als eine optisch nicht-transparente Abdeckscheibe eines Ultraschall- oder Radarsensors ausgebildet ist. Daneben sind auch andere vorzugsweise scheibenförmige Bauteilkomponenten, die über eine randseitige Gehäuseabdichtung verfügen und an ihrem Einbauort vereisungsgefährdet sind, mit der erfindungsgemäßen Lösung ausstattbar.
Im Falle von Scheinwerfern kann neben einer Enteisungsfunktion auch ein Beschlagen der Scheiben verhindert werden. Dies wurde bislang durch die Abwärme der verwendeten Leuchtmittel erreicht. Da zunehmend LED-Leuchten als Leuchtmittel zum Einsatz kommen, wird weniger Wärme im Scheinwerfer frei und ein Beschlagen des Scheinwerfers nicht mehr zuverlässig verhindert. Auch hierfür würde also die erfindungsgemäße Lösung Abhilfe schaffen.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
Ausführungsbeispiele
Es zeigt:
Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch eine optische Linsenanordnung eines
Kamerasystems mit einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 einen Teillängsschnitt durch eine optische Linsenanordnung eines
Kamerasystems mit einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch eine optische Linsenanordnung eines
Kamerasystems mit einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform,
Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch ein anderes Kamerasystem mit Überwurfkrone und erfindungsgemäßer Dichtungsanordnung in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt eines Details des Kamerasystems gemäß Fig. 4 mit einer Dichtungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
Fig.6A-B schematische Längsschnitte zur Veranschaulichung einer elektrischen Kontaktierung bei der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform, Fig.7A-B schematische Längsschnitte zur Veranschaulichung einer elektrischen Kontaktierung bei der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 8 einen schematischen Längsschnitt zur Veranschaulichung einer
elektrischen Kontaktierung im Detail.
Gemäß Fig. 1 wird bei einem - nicht weiter im Detail gezeigten - Kamerasystem eines Kraftfahrzeuges eine scheibenförmige optische Bauteilkomponente 1 in Form einer Frontlinse verwendet, welche mit diversen anderen optischen Linsen in einem tubusförmigen Linsenhalter als Bauteilgehäuse 2 eingesetzt ist. Die außen liegende Oberfläche der optischen Bauteilkomponente 1 ist am Einsatzort im Kraftfahrzeug durch entsprechende Umwelteinflüsse einem Betauen und Vereisen ausgesetzt. Die optische Bauteilkomponente 1 ist gegenüber dem Bauteilgehäuse 2 über ein radiales ringförmiges elastomeres Dichtelement 3 sowie ein axiales elastomeres ringförmiges Dichtelement 4 statisch gegenüber dem Bauteilgehäuse 2 abgedichtet.
Im Rahmen dieser Dichtungsanordnung besteht hier das axiale ringförmige elastomere Dichtungselement 4 aus einem elektrisch leitfähigen Elastomer, welches über zwei gegenüberliegend voneinander angeordnete permanent am Dichtungselement 4 angeordnete elektrische Kontaktierungsstellen 5 - von denen hier nur eine dargestellt ist - mit elektrischer Energie beaufschlagbar ist, so dass sich das Dichtungselement 4 aufheizt, wodurch aufgrund der Anpresskraft zur scheibenförmigen Bauteilkomponente 1 die Wärme hierauf überträgt und die gewünschte Enteisungswirkung entfaltet. Die elektrische Kontaktierungsstelle 5 ist dabei durch Einstechen und Verkrallen eines metallischen Kontaktpins 6 in das Elastomermaterial des elektrisch leitfähigen Dichtungselements 4 realisiert. Das Dichtungselement 4 ist hier als Einlegebauteil ausgebildet, welches in einer zwischen Bauteilgehäuse 2 und Nachbarlinse ausgebildeten Umfangsnut 7 angeordnet ist. Wegen der hier recht großen Anlagefläche des
Dichtungselements 4 an der aufzuheizenden Bauteilkomponente 1 besteht ein guter Wärmeübergang. Gemäß Fig. 2 ist es jedoch auch möglich, nur ein radial angeordnetes ringförmiges elastomeres Dichtungselement 3 mit den erfindungsgemäßen Mitteln zum elektrischen Aufheizen auszustatten, wodurch der Wärmeübergang vom außenradialen Randbereich in die Bauteilkomponente 1 eingeleitet wird.
Nach der in Fig. 3 illustrierten kombinierten Variante besteht sowohl das radial angeordnete ringförmige elastomere Dichtungselement 3 als auch das axial angeordnete ringförmige Dichtungselement 4 zwischen der Bauteilkomponente 1 und dem Bauteilgehäuse 2 aus dem erfindungsgemäß elektrisch leitfähigen Elastomer, die hier über einen gemeinsamen metallischen Kontaktpin 6‘ zur Realisierung der Kontaktierungsstelle 5 (exemplarisch) elektrisch beaufschlagbar sind. Dabei ist der metallische Kontaktpin 6 hier durch ein mehrfach
abgewinkeltes Metallblech realisiert, welches nicht in die elastomeren
Dichtungselemente 3 und 4 eingesteckt ist, sondern an der jeweiligen
Dichtungsunterseite hieran jeweils zur Anlage kommt. Gegenüber den beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist diese Dichtungsanordnung in der Lage, einen maximalen Wärmeeintrag in die aufzuheizende
Bauteilkomponente 1 einzubringen.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform eines Kamerasystems besteht dieses im Wesentlichen aus einem Kameragehäuse 7 mit einem hierin eingesetzten hülsenförmigen Bauteilgehäuse 2‘, an dessen distalem Ende eine als optische Linse ausgebildete Bauteilkomponente angeordnet ist. Die Bauteilkomponente wird mittels Überwurfkrone 8 lösbar am Bauteilgehäuse 2‘ per Schraubverbindung befestigt. Dabei wird die scheibenförmige
Bauteilkomponente randseitig an ein axial angeordnetes elastomeres
Dichtungselement 4‘ angepresst, welches aus dem erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Elastomer besteht. An dieser Stelle erfolgt auch hier der Wärmeübergang. Seitens des proximalen Endes des hülsenförmigen
Bauteilgehäuses 2‘ ist am Ende des durch das Bauteilgehäuse 2‘ gebildeten Strahlengangs ein optischer Sensor 9 des Kamerasystems angeordnet.
Eine Stromversorgung 10 dient auch hier der elektrischen Beaufschlagung des elektrisch leitfähigen Dichtungselements 4‘, wozu zwei genau gegenüberliegend am Dichtungselement 4‘ angeordnete metallische Kontaktpins 6a und 6b vorgesehen sind. Auf diese Weise entstehen zwei gleich lange Strompfade, die jeweils beidseits der Kontaktpins 6a und 6b ausgehen und eine gleichmäßige Erwärmung des Dichtungselements 4‘ gewährleisten.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Abwandlung des vorstehend beschriebenen Kamerasystems ist ein erfindungsgemäß ausgebildetes elektrisch leitfähiges elastomeres Dichtungselement 4‘ als eine formschlüssige Mehrfachdichtung ausgebildet, welche in Axialrichtung sowohl die Abdichtung gegenüber der Bauteilkomponente als auch in Radialrichtung eine Abdichtung gegenüber der auf das Bauteilgehäuse 2‘ aufgeschraubten Überwurfkrone 8 ausführt. Dabei ist dieses ringförmige elastomere Dichtungselement 4“ in Axialrichtung mit einer gegenüber dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel breiteren Anlagefläche versehen, um den Wärmeübergang auf die Bauteilkomponente zu verbessern.
Die Sequenz der Fig. 6A und 6B veranschaulicht eine erste Möglichkeit der mechanischen und elektrischen Verbindung einer ersten und zweiten
Kontaktierungsstelle 5a sowie 5b für das elastomere Dichtungselement 4‘“ unter Einbeziehung des Bauteilgehäuses 2‘. Dabei werden in einem ersten Schritt gemäß Fig. 6A zunächst die für jede elektrische Kontaktierungsstelle 5a und 5b jeweils vorgesehene metallische Kontaktpin 6 (exemplarisch) vor einer
Formgebung des Gehäusebauteils 2‘ per Spritzgießen in das Werkzeug eingelegt und anschließend umspritzt. Nachfolgend erfolgt eine Einspritzung von elektrisch leitfähigem Elastomermaterial zur Ausbildung des elektrisch leitfähigen Dichtungselements 4‘“ in eine hierfür freigelassene Ausnehmung des
Bauteilgehäuses 2‘ gemäß Fig. 6B. Die Haftung des Elastomermaterials endseitig des metallischen Kontaktpins 6 wird durch einen hinzugegebenen Haftvermittler verbessert. Im Prinzip erfolgt also ein Überspritzen der
metallischen Kontaktpins 6 mit dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial ausgehend von der Anspritzstelle 11.
Die Sequenz der Fig. 7A und 7B illustriert dagegen eine zweite Möglichkeit der elektrischen und mechanischen Verbindung von Kontaktpins 6 (exemplarisch) an den beiden Kontaktierungsstellen 5a und 5b. Diese erfolgt durch ein
sogenanntes Einstitchen der beiden metallischen Kontaktpins 6 (exemplarisch) in ein bereits vorgeformtes ringförmiges elastomeres Dichtungselement 4‘“. Hierbei wird in einem ersten Schritt gemäß Fig. 7A zunächst das hülsenförmige
Bauteilgehäuse 2‘ über eine Anspritzstelle 12 aus Kunststoff spritzgegossen, wonach ein elektrisch leitfähiges Elastomermaterial über die andere
Anspritzstelle 11 zur Ausbildung des Dichtungselements 4‘“ angespritzt wird. Nachfolgend wird das Einstitchen der beiden metallischen Kontaktpins 6
(exemplarisch) in das Elastomermaterial durchgeführt, die sich im
Bauteilgehäuse 2‘ und/oder dem Dichtungselement 4‘“ verkrallen gemäß Fig. 7B. Gemäß dem in der Fig. 8 gezeigten Detail erfolgt das Verkrallen des metallischen Kontaktpins 6 am Bauteilgehäuse 2‘ über einen in diesem Bereich am
metallischen Kontaktpin 6 angeformten Widerhaken 13a, wohingegen ebenfalls eine Verkrallung am Dichtungselement 4‘“ über ein seitens des distalen Endes des metallischen Kontaktpins 6 angeordneten weiteren Widerhaken 13b erfolgt.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mitumfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung für andere vereisungsgefährdete Bauteilkomponenten zu nutzen, beispielsweise für ein Scheinwerferglas, eine optisch nicht-transparente Abdeckscheibe eines Ultraschall- oder Radarsensors und dergleichen.

Claims

Ansprüche
1. Dichtungsanordnung zur statischen Abdichtung einer
vereisungsgefährdeten scheibenförmigen sensorischen und/oder optischen Bauteilkomponente (1; ) gegenüber einem hieran randseitig zur Anlage kommenden Bauteilgehäuse (2; 2‘), umfassend mindestens ein dazwischen angeordnetes elastomeres Dichtungselement (3; 4; 4‘; 4“; 4‘“) zur statischen Gehäuseabdichtung, das mit Mitteln zum elektrischen Aufheizen für eine enteisende Wärmeübertragung vom elastomeren Dichtungselement (3; 4; 4‘; 4“; 4‘“) auf die Bauteilkomponente (1; ) ausgestattet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum elektrischen Aufheizen des Dichtungselements (3; 4; 4‘; 4“; 4‘“) ein elektrisch leitfähiges Elastomer umfassen, welches über mindestens zwei voneinander beabstandet permanent am Dichtungselement (3; 4; 4‘; 4“; 4‘“) angeordnete elektrische
Kontaktierungsstellen (5; 5a, 5b) mit elektrischer Energie beaufschlagbar ist.
2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Elastomer des
Dichtungselements (3; 4; 4‘; 4“; 4‘“) unter elektrischer Energiezufuhr derart wärmebedingt im Volumen zunimmt, dass sich die Dichtwirkung durch eine signifikante Steigerung der Anpresskraft am Bauteilgehäuse (2; 2‘) sowie der Bauteilkomponente (1; ) erhöht.
3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (3; 4; 4‘; 4“; 4‘“) als Einlegebauteil ausgebildet ist, das in einer seitens des Bauteilgehäuses (2) oder der Bauteilkomponente (1) eingebrachten Umfangsnut (7) angeordnet ist.
4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (3; 4; 4‘; 4“; 4‘“) als Spritzgussteil ausgebildet ist und randseitig der Bauteilkomponente ( ) oder seitens des Bauteilgehäuses (2‘) angeformt ist.
5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Dichtungselement (3; 4; 4‘; 4“; 4‘“) in Form eines geschlossenen Rings ausgebildet ist.
6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (3; 4; 4‘; 4“; 4‘“) genau zwei gegenüberliegend angeordnete Kontaktierungsstellen (5) aufweist, die miteinander durch zwei gleichlange Strompfade in Verbindung stehen.
7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsstelle (5) durch Einstechen oder Verkrallen eines metallischen Kontaktpins (6) in das Elastomermaterial des Dichtungselements (3; 4; 4‘; 4“; 4‘“) realisiert sind.
8. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Kontaktierungsstelle (5) des Dichtungselements (3; 4; 4‘; 4“; 4‘“) mit einem Haftvermittler zur Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit versehen ist.
9. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass ein elastomeres Grundmaterial des
Dichtungselements (3; 4; 4‘; 4“; 4‘“) ausgewählt ist aus einer
Elastomermaterialgruppe, umfassend: Naturkautschuke, thermoplastisches Elastomere, Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk (EPDM), Silikone, Fluorkautschuke.
10. Dichtungsanordnung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass ein die elektrische Leitfähigkeit im elastomeren Grundmaterial erzeugendes Füllmaterial des Dichtungselements (3; 4; 4‘; 4“; 4‘“) ausgewählt ist aus einer Leitermaterialgruppe, umfassend: metallische Partikel, Ruße, Graphite, Karbonfasern, Carbonanotubes.
11. Dichtungsanordnung nach Anspruch 9 und 10,
dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Füllmaterials im
Dichtungselements (3; 4; 4‘; 4“; 4‘“) im Bereich zwischen 10 bis 70 Vol-%, vorzugsweise zwischen 30 bis 50 Vol-%, liegt.
12. Dichtungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die scheibenförmige Bauteilkomponente (1; ) als eine optische Linse, ein Scheinwerferglas oder als eine optisch nicht- transparente Abdeckscheibe eines Ultraschall- oder Radarsensors ausgebildet ist.
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