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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse für die Anordnung elektronischer Bauteile sowie ein Verfahren zur Abdichtung eines derartigen Gehäuses.
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Aus
WO 98/46458 A1 ,
DE 42 17 837 A1 und aus
DE 37 07 050 A1 ist es bekannt, Gehäuse für die Anordnung elektronischer Bauteile durch die Verwendung von Membranen oder sonstigen Druckausgleichselementen so zu gestalten, dass ein Druckausgleich mit der Umgebung ermöglicht, aber das Eindringen von Flüssigkeiten verhindert wird. In
WO 98/46458 A1 wird dazu als Druckausgleichselement ein Verschluss beschrieben, der gegenüber dem Behälter beweglich ist.
DE 42 17 837 A1 schlägt die Anordnung eines Belüftungslochs vor, das mit einer als Membran ausgebildeten Abdeckeinrichtung verschlossen ist.
DE 37 07 050 A1 beschreibt ein als spezielle Membran ausgebildetes Druckausgleichselement.
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DE 10 2011 119 490 A1 beschreibt ein elektrisches Gerät, das in einem Gehäuse angeordnet ist, dessen Deckelteil dicht anliegen soll, um das Gehäuse spritzwasserdicht zu gestalten.
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Aus
EP 1 320 289 A1 ist ein hermetisch dichtes Gehäuse für die Siedebadkühlung einer Leistungselektronik bekannt. Bei dieser Art von Kühlung steigt die Temperatur der Kühlflüssigkeit und damit einhergehend der Innendruck im Gehäuse an. Das in
EP 1 320 289 A1 beschriebene Gehäuse soll die Stromdurchführung durch die Seitenwand des Gehäuses mit geringem Aufwand abgedichtet werden.
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Ferner sind mehrere Gehäuse bekannt, welche in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden sollen, wie beispielsweise im untertägigen Bergbau. Aus
DE 10 2011 118 571 A1 ist ein tragbares elektrisches bzw. elektronisches Gerät bekannt, welches ein Gehäuse mit einer in dem Gehäuseinnenraum angeordneten Funktionselektronik aufweist. Der Gehäuseinnenraum steht dabei unter dem statischen Überdruck eines nicht zündfähigen Schutzgases. Das Schutzgas wird von einer Gaspatrone zur Verfügung gestellt. Wird ein zu niedriger Druck in dem Gehäuseinnenraum festgestellt, so soll die Funktionselektronik abgeschaltet werden.
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Aus
DE 39 02 449 C1 ist ein akkubetriebener, selbstfahrender Wagen als Geräteträger für explosionsgefährdete Räume bekannt. Ein Chassis des Wagens bildet ein druckdichtes Gehäuse, dessen Innenraum mit einem Schutzgas befüllbar ist. Wird ein Mindestwert für den Schutzgasdruck erreicht bzw. unterschritten, so sollen die Akkus von einem Bordnetz getrennt werden.
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Aus
DE 34 38 522 C1 ist ein elektrisches Gerät bekannt, welches insbesondere für den Einsatz in schlagwettergefährdeter Umgebung vorgesehen ist. Das Gerät umfasst ein elektrische Bauteile kapselndes Gehäuse und einen Druckgasanschluss, wobei im Inneren des Gehäuses ein Gasüberdruck erzeugbar ist.
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Aus
DE 10 2011 089 474 A1 und
DE 10 2011 088 978 A1 sind jeweils Elektronikmodule für ein Fahrzeug bekannt, wobei zwischen einem Abdeckelement und einem Plattenelement ein Gehäuseinnenraum gebildet ist. In dem Plattenelement kann ein Via bzw. eine Öffnung vorgesehen sein, welche jeweils nach einer erfolgten Montage von Abdeckelement und Plattenelement eine Dichtigkeitsprüfung durch Überdruck und/oder eine Befüllung mit einem geeigneten Inertgas ermöglichen. Danach sollen das Via bzw. die Öffnung mittels eines Lötvorgangs oder Pfropfs verschlossen werden.
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Aus
FR 2 901 091 A1 ist zudem ein System zur Verhinderung des Eindringens von Wasser in ein empfindliches elektrisches oder elektronisches Bauteil bekannt. Das elektrische oder elektronische Bauteil ist in einem Fahrzeug angeordnet und es umfasst Mittel, um einen Luftüberdruck in dem Bauteil zu erzeugen und diesen aufrechtzuhalten. Die Mittel können insbesondere einen Luftkompressor und einen flexiblen, den Ausgang des Luftkompressors mit einem Eingang des Bauteils verbindenden Schlauch aufweisen.
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Aus
DE 101 62 600 A1 ist eine Gehäuseanordnung für ein elektrisches Gerät mit mindestens zwei Gehäuseteilen und einer im Gerät anordbaren elektronischen Schaltung auf einer Leiterplatte bekannt. Die elektronische Schaltung weist eine mit der Gehäusemasse mindestens eines metallischen Gehäuseteils verbundene, leitende Schicht auf. Das jeweils andere Gehäuseteil ist ein Kunststoffteil, in das mindestens die Anschlussvorrichtung für die Spannungsversorgung des Geräts und/oder die Signalübertragung zu der elektronischen Schaltung integriert ist.
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Die bekannten Gehäuse haben den Nachteil, dass diese, insbesondere nach einer Nutzungsdauer von mehreren Jahren, insbesondere wenn diese Elemente aus Kunststoff umfassen, häufig aufgrund einer Versprödung oder Verformung des Werkstoffs undicht werden und eine zuverlässige Abdichtung der in dem Gehäuse angeordneten elektronischen Bauteile dann nicht mehr gewährleistet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse für die Anordnung elektronischer Bauteile sowie ein Verfahren zur Abdichtung eines derartigen Gehäuses zur Verfügung zu stellen, welche eine einfache und zuverlässige Abdichtung des Gehäuses über eine möglichst lange Lebensdauer ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 7.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse für die Anordnung elektronischer Bauteile umfasst das Gehäuse mit einem Korpus sowie einem Gehäusedeckel zum Verschließen des Korpus, wobei innerhalb des Gehäuses Mittel zur Einleitung eines gasförmigen Mediums vorgesehen sind, um im Innenraum des Gehäuses einen Überdruck zu erzeugen und zumindest während des Betriebes des Kraftfahrzeuges aufrechtzuerhalten. Bei dem Kraftfahrzeug ist ferner mindestens eines der beiden folgenden Merkmale vorgesehen:
- a) das Gehäuse ist in dem Kraftfahrzeug unterhalb der Watlinie angeordnet,
- b) das Gehäuse ist im Unterboden des Kraftfahrzeuges angeordnet und/oder in dem Gehäuse ist eine Leistungselektronik eines elektrischen Antriebsenergiespeichers des Kraftfahrzeuges aufgenommen.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse hat gegenüber bekannten Gehäusen damit den Vorteil, dass unmittelbar ab dem Auftreten erster Leckagen aufgrund des in dem Gehäuse erzeugten und aufrechterhaltenen Überdruckes permanent ein gasförmiges Medium aus dem Gehäuse nach außen strömt und es somit verhindert, dass Wasser oder Schmutz von außen in das Gehäuse eindringen kann. Mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse kann daher das Eindringen von Flüssigkeiten und Schmutz zum einen dann vermieden werden, wenn es vollständig dicht ist (beispielsweise unmittelbar nach der Fertigung) und zum anderen dann, wenn es aufgrund einer Versprödung und/oder Verformung einzelner Bauteile zu Leckagen kommen sollte. Das Gehäuse verhindert im Fall von Leckagen so lange das Eintreten von Flüssigkeiten und/oder Schmutz, bis der Druck der von außen auf das Gehäuse einwirkenden Flüssigkeiten bzw. Schmutzes größer ist als der durch das Gas erzeugte Druck.
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In einer praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges mit einem Gehäuse ist als Mittel zur Einleitung eines gasförmigen Mediums eine Druckluftleitung vorgesehen. Druckluft hat den Vorteil, dass diese überall, wo Kraftfahrzeuge üblicherweise betrieben werden, in großen Mengen in der Umgebung zur Verfügung stehen. Druckluft ist daher ein besonders kostengünstig verfügbares gasförmiges Medium für das Betreiben eines erfindungsgemäßen Gehäuses.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform umfassen die Mittel zur Einleitung eines gasförmigen Mediums einen Kompressor zur Erzeugung von Druckluft und/oder eine Druckluftanlage, insbesondere eine Druckluftanlage einer Luftfederung des Kraftfahrzeuges. Sofern das Kraftfahrzeug, in welchem ein erfindungsgemäßes Gehäuse verbaut ist, über eine Druckluftanlage verfügt, beispielsweise weil das Kraftfahrzeug mit einer Luftfederung ausgestattet ist, ist es ohne großen finanziellen und konstruktiven Aufwand möglich, Druckluft aus der Druckluftanlage der Luftfederung abzuzweigen. Dies kann insbesondere mittels eines Druckminderungsventils oder eines Druckregelventils erfolgen.
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Alternativ oder in Ergänzung hierzu kann ein separater Kompressor für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeuges mit einem Gehäuse vorgesehen sein, um Luft unabhängig von einer für andere Zwecke vorgesehenen Druckluftanlage in dem Gehäuse selbst zu erzeugen oder in das Gehäuse zu fördern.
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Die Verwendung eines wie vorstehend beschriebenen Gehäuses ermöglicht es, das Gehäuse zumindest teilweise in dem Kraftfahrzeug unterhalb der sogenannten „Watlinie“ anzuordnen. Als Watlinie wird in diesem Zusammenhang eine definierte Höhe oberhalb des Bodens angeordnet, bis zu welcher das Fahrzeug stehendes Wasser passieren kann. Die Höhe einer Watlinie für Kraftfahrzeuge, insbesondere für sogenannte Sports Utility Vehicles (SUVs), kann beispielsweise 400 mm, 500 mm oder 600 mm betragen. Die Anordnung eines Gehäuses unterhalb der Watlinie ist, insbesondere aus Packagegründen, zu bevorzugen, da dadurch der Bauraum oberhalb der sogenannten Watlinie für andere Bauteile genutzt werden kann.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges mit einem Gehäuse ist der Gehäusedeckel auf der Unterseite angeordnet. Dies hat zum einen den Vorteil, dass die Oberseite eines Gehäuses, insbesondere wenn es sich um das Gehäuse einer Leistungselektronik für einen Antriebsenergiespeicher (z.B. einer Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeuges oder Hybridfahrzeuges) handelt, mittels eines tiefgezogenen, einteilig ausgebildeten Korpus aus einem metallischen Werkstoff abgeschirmt werden kann. Eine derartige Abschirmung ist hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) vorteilhaft. Die Anordnung des Gehäusedeckels auf der Unterseite hat den weiteren Vorteil, dass die bei einer wie vorstehend beschriebenen Leistungselektronik häufig vorhandenen elektrischen Leitungen mit großem Querschnitt nach unten durch den Gehäusedeckel aus dem Gehäuse geführt werden können. Es ergibt sich somit ein relativ kurzer und direkter Leitungsweg zu dem häufig unterhalb des Unterbodens des Kraftfahrzeuges angeordneten Antriebsenergiespeicher.
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Ebenfalls aus Montage- und Packagegründen bevorzugt ist es, an der Oberseite oder an einer der Seitenwände des Korpus eine Durchführung für eine Druckluftleitung vorzusehen.
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Aus Kostengründen ist es bevorzugt, das Gehäuse möglichst einfach zu gestalten und auf unnötige Bauelemente zu verzichten. Es ist aus diesem Grund bevorzugt, permanent mit Hilfe eines Kompressors oder einer sonstigen Druckluftanlage permanent einen Überdruck im Gehäuse zu erzeugen, welcher größer ist als der maximale im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges bei vollständiger Ausnutzung der Watlinie zu erwartende Gegendruck.
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Nichtsdestotrotz wird darauf hingewiesen, dass innerhalb des Gehäuses und/oder außerhalb des Gehäuses ein oder mehrere Drucksensoren angeordnet werden können, um die Druckverhältnisse aktiv zu überwachen und gegebenenfalls den Druck innerhalb des Gehäuses weiter zu erhöhen, wenn dies zur Vermeidung eines Eindringens von Feuchtigkeit und/oder Schmutz in das Gehäuse erforderlich und technisch möglich ist. Zur Erhöhung des Drucks muss der Volumenstrom des in das Gehäuse geleiteten gasförmigen Mediums dann nach Bedarf erhöht werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Abdichtung eines Gehäuses umfassend einen Korpus sowie einen Gehäusedeckel zum Verschließen des Korpus mit darin angeordneten elektronischen Bauteilen in einem Kraftfahrzeug nach der vorausgehenden Beschreibung, gemäß welchem zumindest während des Betriebes des Kraftfahrzeuges durch aktive Einleitung eines gasförmigen Mediums in das Gehäuse ein Überdruck innerhalb des Gehäuses erzeugt und aufrechterhalten wird. Auf die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Gehäuse beschriebenen Vorteile sowie die bevorzugte Ausführungsform, bei welcher Druckluft in das Gehäuse eingeleitet wird, die mit Hilfe eines separaten Kompressors erzeugt und/oder aus einer Druckluftanlage einer Luftfederung des Kraftfahrzeuges abgezweigt wird, wird hiermit noch einmal verwiesen.
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Mit dem „Betrieb“ des Fahrzeuges ist insbesondere ein laufender Antriebsmotor gemeint. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei nicht laufendem Antriebsmotor betrieben werden, solange hierfür ausreichende Ressourcen zur Verfügung stehen. Als Ressourcen kommen insbesondere ein Druckluftspeicher einer Druckluftanlage sowie eine Batterie oder ein separater Motor zum Betreiben eines Kompressors oder einer sonstigen Druckluftanlage in Betracht.
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Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 den vorderen Bereich einer Karosserie eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges mit einem Gehäuse in einer möglichen Einbauposition sowie
- 2 den in 1 mit II gekennzeichneten Bereich des gezeigten Gehäuses in einer vergrößerten Darstellung.
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1 zeigt den vorderen Bereich eines Kraftfahrzeuges 10, in dessen Unterboden 12 ein Gehäuse 14 ausgebildet ist. Das Gehäuse 14 ist in der gezeigten Ausführungsform im Unterboden 12 ungefähr auf Höhe des Fahrers bzw. Beifahrers des Kraftfahrzeuges 10 unterhalb des Fußraums angeordnet.
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2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des in 1 mit II gekennzeichneten Bereichs des Gehäuses 14 in einer Schnittdarstellung. Das Gehäuse 14 umfasst einen Korpus 16, welcher vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff besteht. In der gezeigten Ausführungsform besteht der Korpus 16 aus einer als Oberseite dienenden Deckwand 18, einer Vorderwand 20, einer Rückwand 22 und weiteren, nicht dargestellten Wänden, welche zusammen die Seitenwände bilden. Der Korpus 16 ist als tiefgezogenes Bauteil einteilig aus einem metallischen Werkstoff hergestellt und fest mit dem Unterboden 12 verbunden (beispielsweise verschweißt, vernietet oder verklebt). Der Korpus 16 kann auch aus anderen Werkstoffen hergestellt werden. Die offene Unterseite des Korpus 16 ist mit einem Gehäusedeckel 24 verschlossen.
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Innerhalb des Gehäuses 14 sind elektronische Bauteile 26 angeordnet, wobei es sich bei den dargestellten Bauteilen 26 um die Leistungselektronik eines Antriebsenergiespeichers (nicht dargestellt) handelt, nämlich einer Antriebsbatterie eines Hybridantriebes des Kraftfahrzeuges 10. Die Leistungselektronik wandelt die von dem Antriebsenergiespeicher zur Verfügung gestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung für einen nicht dargestellten Antriebs-Elektromotor um. Die Leistungselektronik ist über eine elektrische Leitung 28 mit dem Bordnetz verbunden, wobei die elektrischen Leitungen 28 durch den Gehäusedeckel 24 geführt sind.
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Die Leistungselektronik ist ferner über elektrische Leitungen 30a, 30b mit den Polen eines nicht dargestellten Antriebsenergiespeichers (hier: einer Hochvoltbatterie) und über elektrische Leitungen 32a, 32b, 32c einem Dreiphasenwechselstrom-Antriebs-Elektromotor verbunden. Die elektrischen Leitungen 30a, 30b, 32a, 32b, 32c sind durch den Gehäusedeckel 24 geführt.
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Durch die Vorderwand 20 ist eine Druckluftleitung 34 in das Gehäuse 14 geführt, welche als Mittel zur Einleitung von Druckluft vorgesehen ist, um in dem Innenraum des Gehäuses 14 einen Überdruck zu erzeugen und diesen zumindest während des Betriebes des Kraftfahrzeuges 10 aufrecht zu erhalten. Die Druckluftleitung 34 ist in der gezeigten Ausführungsform über ein Druckregelventil an die Druckluftanlage einer Luftfederung angeschlossen. Das Druckregelventil ist vorzugsweise so eingestellt, dass in dem Gehäuse 14 ein Überdruck von ca. 0,2 bar erzeugt wird. Es können je nach Bedarf auch andere Überdrucke erzeugt werden, insbesondere 0,1 bar oder 0,3 bar.
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Die Bereiche der Durchführung der elektrischen Leitungen 28, 30a, 30b, 32a, 32b, 32c und der Druckluftleitung 34 sind mit Hilfe nicht dargestellter Abdichtmittel, insbesondere mit Hilfe von Gummitüllen, abgedichtet, um einem Eindringen von Flüssigkeit und/oder Schmutz entgegenzuwirken.
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Der Gehäusedeckel 24 ist in der gezeigten Ausführungsform kostengünstig aus einem Kunststoff hergestellt. Der Gehäusedeckel 24 kann auch aus anderen Werkstoffen hergestellt werden. Ein „Verziehen“ des Deckels und/oder eine Versprödung des Werkstoffs während der Betriebsdauer, welche zu geringfügigen Leckagen führen, beeinträchtigt den Schutz der in dem Gehäuse 14 angeordneten elektronischen Bauteile 26 nicht, da in diesem Fall aufgrund des Überdrucks permanent Luft durch die Leckagen nach außen strömt und somit das Eindringen von Schmutz und/oder Flüssigkeit in das Gehäuse 14 vermieden wird.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- Unterboden
- 14
- Gehäuse
- 16
- Korpus
- 18
- Deckwand / Oberseite
- 20
- Vorderwand / Seitenwand
- 22
- Rückwand / Seitenwand
- 24
- Gehäusedeckel
- 26
- elektronisches Bauteil
- 28
- elektrische Leitung
- 30a, 30b
- elektrische Leitung
- 32a, 32b, 32c
- elektrische Leitung
- 34
- Druckluftleitung
