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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schirmgehäuse mit verbessertem Übergangswiderstand für ein Fahrzeug-Bordnetz. Das Schirmgehäuse eignet sich insbesondere zum Einsatz in einem Hochvolt-Bordnetz mit einer Spannungsebene von vorzugsweise größer 60 V, bis hin zu 850 V oder mehr.
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Stand der Technik
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Bei elektronischen Komponenten in der Fahrzeugtechnik sind aufgrund von Wechselwirkungen mit anderen Fahrzeugkomponenten oder der Fahrzeugumgebung häufig notwendig, eine Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung vorzusehen. Bei der in Fahrzeugspezifikation zu beachtenden elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) für elektronische Komponenten sind deshalb Maßnahmen vorzusehen, die sowohl zum Schutz der elektronischen Komponenten vor elektromagnetischer Fremdeinstrahlung als auch zur Reduzierung der von den elektronischen Komponenten erzeugten elektromagnetischen Eigenabstrahlung dienen.
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Zur Ausbildung einer EMV-Abschirmung in einem Fahrzeug besteht z.B. die Möglichkeit, die gesamte elektronische Komponente innerhalb eines elektromagnetische Strahlung abschirmenden Gehäuses, einem sogenannten Schirmgehäuse, anzuordnen. Ein solches Schirmgehäuse ist z.B. aus der
DE 20 2015 104 681 U1 bekannt, das darin exemplarisch als Gehäuse für einen Hochvolt-(Leistungs-)Verteiler dient. Unter "Hochvolt" können in diesem Zusammenhang Betriebsspannungen des Bordnetzes von etwa 60 V bis etwa 1000 V Gleichspannung verstanden werden. Das Gehäuse ist aus einem Aluminiumwerkstoff gefertigt und weist eine Gehäusebasis, in der die abzuschirmenden elektrischen und/oder elektronischen Komponenten angeordnet werden, sowie einen damit durch z.B. ein Pressverfahren zusammenfügbaren Gehäusedeckel auf.
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Es hat sich nun in Versuchen herausgestellt, dass bei den miteinander verpressten Gehäusedeckel und Gehäusebasis eine Alterung, durch z.B. Oxidation, der Kontaktstellen zwischen diesen beiden Gehäuseteilen auftreten kann. Diese Alterung kann einen Anstieg des Übergangswiderstands zwischen den beiden Gehäuseteilen bewirken, was selbst bei einer Verpressung mit hohem Kontaktdruck auftritt.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel Kontaktstellen zwischen Teilen eines Schirmgehäuses hinsichtlich ihrer Dauerhaltbarkeit, insbesondere ihres Übergangswiderstands, zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Schirmgehäuse für ein Fahrzeug-Bordnetz, insbesondere Hochvolt-Bordnetz, verfügt über eine aus einem Aluminiumwerkstoff, also Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, gefertigte Gehäusebasis zur Aufnahme elektrischer und/oder vorzugsweise elektronischer Komponenten. Des Weiteren weist das Schirmgehäuse einen mit der Gehäusebasis durch ein Pressfügeverfahren zusammenfügbaren, ebenfalls aus einem Aluminiumwerkstoff gefertigten Gehäusedeckel auf. Im zusammengefügten Zustand ist das Schirmgehäuse zur Verbesserung der EMV in sich dicht abgeschlossen und ist lediglich über Anschlussflansche, auf die z.B. elektrische Leitungen bzw. Steckverbinder in einer im Wesentlichen dichten Verbindung aufgepresst werden können, kontaktierbar.
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Erfindungsgemäß weist der Gehäusedeckel einen Deckelgrundkörper zur Auflage auf der Gehäusebasis sowie einen von der Deckelgrundkörper vorstehenden, umlaufenden Deckelfortsatz mit wenigstens einer daran, vorzugsweise einstückig, ausgeformten Kontaktstelle auf. Diese Kontaktstelle kann z.B. eine Art Vorsprung sein, der gegenüber dem übrigen Umfang des Deckelfortsatzes in zur Umfangsrichtung senkrechter Richtung vorsteht. Vorzugsweise ist die Kontaktstelle an einer umlaufenden Außenfläche des Deckelfortsatzes ausgebildet. Zwischen der wenigstens einen Kontaktstelle und einer Innenwandung der Gehäusebasis besteht eine Übermaß- bzw. Presspassung.
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Aufgrund der Übermaßpassung zwischen der Kontaktstelle und der Gehäusebasis wird zumindest in diesem Kontaktbereich eine Oxidschicht, die sich unter Luft(-Sauerstoff) zügig ausbildet und für gewöhnlich eine Dicke im nm-Bereich aufweist, aufgebrochen. Dadurch liegen blanke Abschnitte des Aluminiumwerkstoffs aneinander. Da zwischen die Kontaktstelle und die Gehäusebasis aufgrund des eng anliegenden Kontakts keine Luftmoleküle mehr einströmen können, bildet sich zumindest dort keine neue Oxidschicht mehr und der eingangs beschriebene Alterungsprozess findet gar nicht mehr oder zumindest nur stark vermindert statt. Dadurch bleibt der Übergangswiderstand zwischen den Gehäuseteilen konstant bzw. verschlechtert sich nicht mehr über die Zeit.
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Für einen großflächigeren Kontakt zwischen den Gehäuseteilen ist es vorteilhaft, wenn der Deckelfortsatz mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete, diskrete, also nicht miteinander verbundene, Kontaktstellen aufweist. Diese sind vorzugsweise an der umlaufenden Außenfläche des Deckelfortsatzes ausgebildet.
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Alternativ dazu, kann die Kontaktstelle aber auch ein durchgängig umlaufender Vorsprung sein, also eine Art umlaufende Rippe.
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Für eine einfache Fertigung bei gleichzeitig guter Funktion kann die wenigstens eine Kontaktstelle nasenförmig, also als vergleichsweise kleindimensionaler Vorsprung, ausgestaltet sein.
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Um den elektrischen Kontakt zwischen den Gehäuseteilen weiter zu verbessern, kann die wenigstens eine Kontaktstelle mit einer gegenüber dem Aluminiumwerkstoff elektrisch leitfähigeren, galvanisch aufgebrachten Oberflächenbeschichtung beschichtet sein.
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Es ist denkbar, dass nicht immer ein minimal möglicher Übergangswiderstand notwendig ist. Deshalb kann die Oberflächenbeschichtung in Abhängigkeit eines vorgegebenen Übergangswiderstands zwischen der Gehäusebasis und dem Gehäusedeckel aus Zinn (Sn), Silber (Ag), Gold (Au), Nickel (Ni) oder einer Legierung daraus ausgewählt werden. Die Schichtdicke kann etwa 1 bis 7 µm betragen. Z.B. kann die Schichtdicke bei Sn 5 bis 7 µm, bei Ag 3 bis 5 µm, bei Au 1 bis 2 µm und bei Ni 1,5 bis 3 µm betragen.
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Um nach dem Aufbrechen der Oxidschicht eine den Übergangswiderstand erhöhende Korrosion oder eine neue Oxidationsschicht besonders wirkungsvoll verhindern zu können, kann die wenigstens eine Kontaktstelle eine Passivierung als Anlaufschutz aufweisen. Dies kann also durch Passivieren erfolgen.
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Beim Zusammenstecken bzw. Zusammenpressen der Gehäuseteile lässt sich die Oxidschicht des Aluminiumwerkstoffs noch besser aufbrechen, wenn an der wenigstens einen Kontaktstelle eine den Aluminiumwerkstoff schneidende bzw. anritzende Schneidgeometrie ausgebildet ist. Dies kann z.B. eine schneidende Nase oder ähnliches sein.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, wenn an der wenigstens einen Kontaktstelle eine Art Schneidring ausgebildet ist.
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Um eine Art Selbstzentrierung des Gehäusedeckels während des Zusammenpressens zu erreichen, kann der Deckelfortsatz an einem im zusammengefügten Zustand der Gehäusebasis zugewandten Ende angefast sein. D.h., dass der Deckelfortsatz in Einpressrichtung vor den Kontaktstellen geometrisch so angepasst ist, dass er dort einen kleineren Außendurchmesser aufweist als im Bereich der in Einpressrichtung dahinterliegenden Kontaktstellen.
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Da die Kontaktstellen an einer Innenwandung der Gehäusebasis anliegen sollen, ist es vorteilhaft, wenn der Deckelfortsatz im zusammengefügten Zustand in die Gehäusebasis hineinragt und dort zumindest abschnittsweise, insbesondere mit den vorragenden Kontaktstellen, an der Innenwandung anliegt.
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Um das Gehäuse dicht zu verschließen, kann ein Außenrand des Deckelgrundkörpers im zusammengefügten Zustand im Wesentlichen bündig mit einer Außenwandung der Gehäusebasis abschließt und zwischen der Innenwandung und der Außenwandung ein Dichtungselement angeordnet sein.
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Kurze Figurenbeschreibung
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Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßen Schirmgehäuse mit Gehäusebasis und Gehäusedeckel, und
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2 das Schirmgehäuse mit einem Dichtungselement, das zwischen den Gehäuseteilen angeordnet ist.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung
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In 1 ist ein Schirmgehäuse 1 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt, das sich insbesondere zur Aufnahme elektrischer und/oder elektronischer Komponenten eignet, für die z.B. im Hochvolt-Bereich eine gute elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) bewerkstelligt werden soll. Das Schirmgehäuse 1 eignet sich daher z.B. zum Einsatz in einem Hochvolt-Fahrzeug-Bordnetz, wo es z.B. als Leistungsverteiler oder ähnliches Anwendung findet.
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Das Schirmgehäuse 1 ist aus einem Aluminiumwerkstoff, also Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, gefertigt. Es weist eine Gehäusebasis 2 auf, die einen Aufnahmeraum 2.1 für die (nicht dargestellten) elektrischen und/oder elektronischen Komponenten aufweist, mit umlaufender Außenwandung 2.2 sowie Innenwandung 2.3. Der Querschnitt der Gehäusebasis 2 ist polygon, hier exemplarisch in etwa achteckig. In den Aufnahmeraum 2.1 mündet eine Anzahl von Anschlussflanschen 2.4, auf die Hochvolt-Leitungen zur Verbindung der elektrischen und/oder elektronischen Komponenten mit externen Komponenten des Fahrzeug-Bordnetzes aufgepresst werden und dort verrasten können.
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Des Weiteren verfügt das Schirmgehäuse 1 über einen Gehäusedeckel 3, der eine an die Gehäusebasis 2 angepasste, hier polygone Querschnittsform aufweist und mittels Pressen in einer Einpress- bzw. Fügerichtung R mit der Gehäusebasis 2 zusammengefügt wird. Der Gehäusedeckel 3 weist einen Deckelgrundkörper 3.1 auf, die geometrisch an die Gehäusebasis 2 angepasst ist, damit ein Außenrand des Deckelgrundkörpers 3.1 in etwa bündig mit einem Außenrand der Gehäusebasis 2 abschließt. Aus 1 lässt sich ableiten, dass der Deckelgrundkörper 3.1 mit einer umlaufenden Fläche auf der Gehäusebasis 2 aufliegen und so das Schirmgehäuse 1 dicht verschließen kann. An den Deckelgrundkörper 3.1 schließt sich in der Einpressrichtung R ein Deckelfortsatz 3.2 an, der sich davon weg erstreckt und einen geringen Außendurchmesser aufweist als der Deckelgrundkörper 3.1. An einem freien Ende des Deckelfortsatzes 3.2 ist dieser angeschrägt, um sich beim Einpressen selbst zu zentrieren.
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An der Außenwand des Deckelfortsatzes 3.2 sind mehrere Kontaktstellen 3.3 ausgeformt, die sich in Umfangsrichtung auf einer gedachten (nicht eingezeichneten) Linie befinden. Die Kontaktstellen 3.3 sind hier als Vorsprünge, die sich in radialer Richtung (also senkrecht zur Einpressrichtung R) nasenförmig weg erstrecken, ausgeformt und sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet, also diskret ausgebildet. Die Kontaktstellen 3.3 sind hinsichtlich ihres Vorsprungs in radialer Richtung so bemessen, dass zwischen einer Innenfläche der Innenwandung 2.3 und der jeweiligen Kontaktstelle 3.3 eine Übermaß- bzw. Presspassung besteht. Dies führt dazu, dass das Oxid einer Oxidschicht, die sich an Luftsauerstoff innerhalb kürzester Zeit auf dem Aluminiumwerkstoff des Schirmgehäuses 1 bildet, durch den Krafteintrag, der insbesondere beim Pressen durch den Kraftschluss zwischen den beiden Fügepartnern entsteht, abgetragen bzw. abgerissen oder aufgebrochen wird.
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Zusätzlich weisen die Kontaktstellen 3.3 eine galvanisch aufgebrachte Oberflächenbeschichtung auf, die hier zum Einhalten eines vordefinierten Übergangswiderstands aus Nickel (Ni) besteht und mit einer Schichtdicke von vorzugsweise 1 bis 3 µm aufgetragen ist. Damit sich nicht sofort eine neue Oxidschicht bildet, sind die Kontaktstellen 3.3 und/oder die Gegenkontaktstellen der Gehäusebasis 2 passiviert, so dass sich dort in der obersten Metallzone ein zu der natürlichen Oxidschicht unterschiedliches Oxid bildet und so einen Anlaufschutz darstellt.
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In 2 ist das Schirmgehäuse 1 mit einer gegenüber der 1 abweichenden Anzahl von Anschlussflanschen 2.4 dargestellt. Zusätzlich liegt hier nun an einem Auflageflansch für den Deckelgrundkörper 2.2 ein Dichtungselement 2.5 auf, das das Schirmgehäuse 1 weitestgehend fluiddicht abschließt.
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Ausgehend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel lässt sich das Schirmgehäuse 1 in vielerlei Hinsicht abwandeln. So ist es beispielsweise denkbar, dass die Kontaktstellen 3.3 keine ebene Fläche zum in Kontakt bringen mit der Gehäusebasis 2 aufweisen, sondern eine Schneidgeometrie, die zum Einritzen bzw. Einschneiden der Gehäusebasis 2 eingerichtet ist. Es ist auch möglich, dass die Kontaktstellen 3.3 nicht diskret bzw. voneinander beabstandet, sondern in Umfangsrichtung des Deckelfortsatzes 3.2 durchgängig ausgebildet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schirmgehäuse
- 2
- Gehäusebasis
- 2.1
- Aufnahmeraum
- 2.2.
- Außenwandung
- 2.3
- Innenwandung
- 2.4
- Anschlussflansch(e)
- 2.5
- Dichtungselement
- 3
- Gehäusedeckel
- 3.1
- Deckelgrundkörper
- 3.2
- Deckelfortsatz
- 3.3
- Kontaktstelle(n)
- R
- Einpress- bzw. Fügerichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202015104681 U1 [0003]
