Bei Kunststoffgehäusen stellt sich in vielen technischen An- wendungsfällen die Aufgabe, elektrische Leiter dicht durch eine Wandung des Gehäuses hindurchzuführen.

In diesem Zusammenhang ist aus dem U. S.-Patent 5,728,964 be- reits bekannt, Leiter als Einpreßstifte mit einem Verzah- nungsprofil im Einpreßbereich zu realisieren und durch Boh- rungen in der Kunststoffwandung hindurch zu stecken. Nachtei- lig an dieser Lösung ist der hohe Montageaufwand und auch die Tatsache, daß Kontaktierungsstrukturen an dem durchgesteckten Ende des Einpreßstiftes erst nach dem Durchstecken angebracht werden können.

Eine weitere Möglichkeit zur Durchführung von Leitern durch Kunststoffgehäusewände besteht darin, die Leiter bereits bei der Herstellung der Wandung in diese einzubetten. Die deut- sche Patentanmeldung DE 195 15 622 A1 beschreibt ein Steuer- modul für ein Kraftfahrzeug, bei dem elektrische Leiter in Form eines Stanzgitters durch Umspritzen mit Kunststoff in die Gehäusewandung integriert werden. Dieses Verfahren ist ausgesprochen gut für die Serienfertigung geeignet und ermög- licht die Herstellung kostengünstiger Leiterdurchführungen.

Problematisch kann jedoch die Erzielung einer für die prakti- schen Erfordernisse ausreichenden Dichtigkeit der Durchfüh- rung sein. Ursache hierfür ist, daß bei Temperaturänderungen

bedingt durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten des metallischen Leiters und des umspritzten Kunststoffgehäu- ses die Adhäsion zwischen Leiter und Kunststoff bei Tempera- turänderungen aufreißen kann, was zur Undichtigkeit des Ge- häusesführt.

Speziell beim Einsatz derartiger umspritzter Leiterdurchfuh- rungen in integrierten Motor-oder Getriebesteuergeräten lie- gen erschwerte Bedingungen vor, da solche Gerätemodule in ei- nem weiten Temperaturbereich betrieben werden und über Jahre hinweg dicht bleiben müssen. Hinzu kommt, daß eine extrem ho- he Ausfallsicherheit gefordert ist, da bei einer Reparatur die betreffende Baugruppe (Motor oder Getriebe) geöffnet wer- den muß, was mit erheblichem Aufwand und Kosten verbunden ist.

In der den nächstliegenden Stand der Technik repräsentieren- den deutschen Patentschrift DE 33 08 332 C2 ist eine druck- und vakuumdichte Durchführung beschrieben, welche bei großen Temperaturwechselbeanspruchungen einsetzbar ist. Die Durch- führung weist einen als einachsiges Rundteil ausgebildeten Leiter auf, welcher durch einen Gießharzblock geführt ist. An dem Abschnitt des Leiters, der in dem Gießharzblock verläuft, sind Umfangsnuten vorgesehen. Diese Formgebung dient sowohl der Verbundfestigkeit als auch der Dichtheit der Durchfüh- rung.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 43 30 977 Al ist ein Gehäuse aus Kunststoff beschrieben, durch welches elektrische Leiter durchgeführt sind. Die Leiter sind im Bereich ihres Austritts aus der Gehäusewand in den Innenraum des Gehäuses abgewinkelt und werden in diesem Bereich von einer Dichtmasse umgeben, welche in eine am Leiteraustritt vorgesehene Ausneh- mung gefüllt ist.

In der deutschen Patentschrift DE-AS 1 161 969 ist eine An- ordnung zum Abdichten von elektrischen Leitern in einem Kopf- teil beschrieben. Der Leiter weist eine stufenförmige Umbie- gung auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstig realisierbare Anordnung zum Durchführen eines metallischen Leiters durch eine Kunststoffwandung zu schaffen, die insbe- sondere auch beim Auftreten von großen Temperaturänderungen gute Dichtigkeitseigenschaften zeigt. Ferner zielt die Er- findung darauf ab, ein kostengünstig ausführbares Verfahren zur Herstellung einer derartigen Durchführungsanordnung an- zugeben.

Zur Lösung der Erfindung sind die Merkmale der unabhängigen Ansprüche vorgesehen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, die Unterschiedlichkeit der thermomechanischen Materialeigen- schaften zwischen Leiter und Kunststoffmaterial, die bei be- kannten Anordnungen zum Entstehen der Undichtigkeiten führt, durch eine geeignete Formgebung des Leiters zur Erzielung von Abdichtkräften auszunutzen. Ein erster Aspekt der Erfindung besteht darin, zu diesem Zweck einen Leiter mit einem geboge- nen Verlauf vorzusehen. Das Kunststoffmaterial zwängt den Leiter unter Ausübung der entgegengerichteten Abdichtkräfte wenigstens in einem Abschnitt des Durchführungswegs ein, wo- durch der Durchführungsweg abgedichtet wird. Selbstverständ- lich können auch mehrere solche"Dichtstellen"im Durchfüh- rungsweg realisiert sein und die Lage der Dichtstelle (n) kann sich mit der Umgebungstemperatur andern.

Vorzugsweise umfaßt der Verlauf des Leiters in einer ersten Ebene mindestens zwei entgegengesetzt gekrümmte Umbiegungen.

Dadurch wird im Verbindungsbereich der beiden Umbiegungen ei-

ne Abdichtung von im wesentlichen senkrecht zu der ersten E- bene verlaufenden Leiterwänden erreicht.

Eine ebenfalls bevorzugte, weitere Möglichkeit zur Erzielung einer Abdichtung von im wesentlichen senkrecht zu der ersten Ebene orientierten Leiterwänden besteht darin, daß der Ver- lauf des Leiters in der ersten Ebene eine (einzige) Umbiegung umfaßt, und daß die Umbiegung in ihrem Außenbereich zumindest abschnittsweise von einem im wesentlichen starren Gegendruck- element, insbesondere einer Kapsel, umgeben ist. Auch hier wird im Bereich der Umbiegung eine Anpreßkraft an die innere Seitenwand des Leiters erzeugt. Die auf die gegenüberliegende (äußere) Leiterseitenwand einwirkende Gegenanpreßkraft wird hier-anders als bei der ersten Lösung-nicht durch eine zweite, entgegengesetzt gekrümmte Umbiegung des Leiters, son- dern durch das starre Gegendruckelement erzeugt.

Zur Abdichtung von im wesentlichen parallel zu der ersten E- bene verlaufenden Leiterwände kann der Leiter mit mindestens zwei in Axialrichtung beabstandet angeordneten Paaren aus voneinander weggerichteten Dichtvorsprüngen ausgestattet sein, die sich in einer Richtung senkrecht zu der ersten Ebe- ne erstrecken.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung, der auch mit dem ersten As- pekt kombinierbar ist, kennzeichnet sich dadurch, daß der Leiter mit zumindest zwei unter axialem Abstand angeordneten Radialscheibenelementen versehen ist, welche an beiden Seiten mit erhabenen, radial beabstandeten Umlaufstegen versehen sind. Das Prinzip zur Erzielung der Dichtheit besteht auch hier darin, daß zwischen den beiden Radialscheibenelementen im Kunststoffmaterial und zwischen den Radialscheibenelemen- ten ein Druckaufbau stattfindet und dadurch an den einander zugewandten Radialscheibenseiten dichte Metall-Kunststoff- Anlagebereiche entstehen.

Eine besonders zweckmäßige Variante der Erfindung kennzeich- net sich dadurch, daß mehrere Leiter in Form eines Stanzgit- ters zusammengefaßt sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist neben seiner guten In- tegrierbarkeit in Serienfertigungsabläufe den Vorteil auf, daß die Leiter vor der Einbettung in das Kunststoffmaterial an ihren später aus der Wandung hervorstehenden Leiterenden bereits geeignet bearbeitet werden können, so daß eine um- ständliche Nachbearbeitung der Leiterenden im Gehäuseverbund entfällt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungs- formen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert ; in die- ser zeigt : Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines in einer Kunststoffwandung eingebetteten Leiters mit einer einzigen rechteckförmigen Umbiegung ; Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Leiters mit drei rechteckförmigen Umbiegungen gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ; Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung des in einer Kunststoffwandung eingebetteten Leiters aus Fig. 2 nach Auftreten einer Temperaturerhöhung ; Fig. 4 eine schematische Längsschnittdarstellung eines Leiterabschnitts mit drei Paaren von Dichtvorsprün- gen ; Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung eines in eine Kunststoffwandung eingebetteten Leiters mit einer

verkapselten rechteckförmigen Umbiegung gemäß einer Variante der ersten Ausführungsform ; Fig. 6 eine schematische Darstellung eines in einer Kunststoffwandung eingebetteten Leiters mit zwei Radialscheibenelementen gemäß einer zweiten Ausfüh- rungsform der Erfindung ; und Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Gehauseab- schnitts eines Kraftfahrzeug-Steuergeräts mit einer Leitungsdurchführung gemäß der in Fig. 5 darge- stellten Variante der ersten Ausführungsform.

Fig. 1 dient zur Erläuterung des Grundprinzips der Erfindung am Beispiel eines Leiters 1 mit einer einzigen rechteckförmi- gen Umbiegung 2. Die Umbiegung 2 des Leiters wird durch die Umbiegungsschenkel 2a, 2c und den Umbiegungsstirnbereich 2b realisiert.

Es sei angenommen, daß der Leiter 1 nach einem Umspritzvor- gang spaltfrei in einem Kunststoffmaterial 3 eingebettet sei.

Das Kunststoffmaterial 3, beispielsweise PA66, kann einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten a = 60 x 10-6 K-1 besit- zen. Der Leiter 1 besteht beispielsweise aus Cu und weist ei- nen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von a = 17 x 10-6 K-1 auf.

Infolge einer Temperaturerhöhung würde sich der in Fig. 1 dargestellte Zustand ergeben. Aufgrund der größeren Wärmedeh- nung des Kunststoffes 3 bilden sich an den vor und hinter der Umbiegung 2 liegenden Längsbereichen 4a und 4b des Leiters 1 zu beiden Seiten desselben Spalte Sl, S2 aus, die bei her- kömmlicher, linearer Bauweise zur Undichtigkeit der Durchfüh- rung führen würden.

Durch die einzelne Umbiegung 2 wird zwar eine teilweise Ab- dichtung der Durchführung, nämlich eine Abdichtung des Spal-

tes S1 erreicht. Dem liegt zugrunde, daß die größere Warme- dehnung des Kunststoffs den Leiter 1 im konkaven Bereich der Umbiegung 2 verspreizt, d. h. hier eine Anpreßkraft (Abdicht- kraft) FD erzeugt. Diese Anpreßkraft FD ist umso größer, je großer das Maß s ist, welches den Abstand der beiden Umbie- gungsschenkel 2a, 2c bezeichnet. Im konvexen Bereich der Um- biegung 2 wird der Leiter 1 jedoch freigelegt, d. h. der Spalt S2 entsteht. Um den Spalt S2 dicht zu bekommen, sind weitere Maßnahmen erforderlich, welche in Verbindung mit den nachfol- genden Figuren erläutert werden.

Fig. 2 zeigt einen Leiter 10, der sich von dem in Fig. 1 ge- zeigten Leiter 1 im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß er drei Umbiegungen 21,22,23 mit gegenläufigen Krummungen aufweist. Die Schenkel der Umbiegungen 21,22,23 sind mit den Bezugszeichen 21a, 21c, 22a, 22c, 23a, 23c bezeichnet, wobei die Schenkel 21c, 22a der ersten und zweiten Umbiegung und die Schenkel 22c, 23a der zweiten und dritten Umbiegung zusammenfallen. Die Stirnbereiche der Umbiegungen 21,22,23 sind mit den Bezugszeichen 21b, 22b und 23b bezeichnet.

Der Leiter 10 ist an dem Schenkel 22a mit zwei Querstegen 24, 25 und an dem Schenkel 22c mit zwei Querstegen 26,27 verse- hen. Die Querstegen 24,25,26,27 liegen in einer Ebene senkrecht zu der durch die Umbiegungen 21,22,23 defininier- ten Leiterebene (erste Ebene).

Der Leiter 10 weist einen rechteckförmigen Querschnitt auf.

Er kann in einfacher Weise in gestreckter Form als Stanzteil hergestellt und nachfolgend durch Umbiegen in die in Fig. 2 dargestellte Form gebracht werden.

Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Leiterbahn- ebene (erste Ebene) des in der Kunststoffwandung 3 eingebet- teten Leiters 10 nach Auftreten einer Temperaturerhöhung. Wie bereits anhand der Fig. 1 erläutert, bilden sich zu beiden Seiten der endseitigen Längsbereiche 14a, 14b des Leiters 10

Spalte Sl, S2 aus. Ferner kommt es aufgrund der Materialaus- dehnung des Kunststoffs 3 zu einem Druckaufbau in den von den Umbiegungen 21,22,23 berandeten Kunststoffmaterialbereichen und zu einer Auseinanderspreizung der Schenkel 21a, 21c ; 22a, 22c ; 23a, 23c. Da die von den Umbiegungen 21,22,23 berande- ten Kunststoffmaterialbereiche benachbart sind, werden die beiden Schenkel 21c, 22a und 22c, 23a beidseitig mit Abdicht- kräften FD beaufschlagt, d. h. es kommt im Bereich beider Schenkel zu einer beidseitigen Druckanlage der Kunststoffma- terialbereiche an den Leiter 10. Dies führt zur Abdichtung des Leiters 1 in der ersten Ebene.

Für Anwendungen ohne höchste Ansprüche an die Dichtigkeit kann die Abdichtung in der ersten Ebene bereits ausreichend sein. Zweckmäßigerweise ist jedoch auch eine Abdichtung in der (zweiten) Ebene senkrecht zur Leiterebene vorzusehen.

Diese wird durch die Querstege 24,25,26,27 bewerkstelligt.

Sie beruht auf dem gleichen Prinzip und wird anhand von Fig.

4 erläutert. Fig. 4 zeigt einen Leiterabschnitt 10', der sich von den in der Fig. 2 dargestellten Schenkeln 21c, 22a und 22c, 23a lediglich dadurch unterscheidet, daß er nicht mit zwei, sondern mit drei Querstegen 24 versehen ist. Die Quer- stegenden 24a und 24b bilden jeweils benachbarte, axial beabstandete Dichtvorsprünge aus, zwischen denen sich in der bereits erläuterten Weise bei einer Temperaturerhöhung die einander entgegengesetzt gerichteten Abdichtkräfte FD aufbau- en, und dadurch den Durchführungsweg in der zweiten Ebene ab- dichten.

Den Fig. 2 bis 4 ist zu entnehmen, daß ein Leiter mit zwei entgegengesetzt gekrümmten Umbiegungen und zwei Querstegen am gemeinsamen Schenkel der beiden Umbiegungen für eine voll- ständige Abdichtung der Durchführung ausreichend ist. Durch Aneinanderreihung weiterer Umbiegungen und/oder Leiterab- schnitten 10'mit Querstegen 24 kann die Dichtfunktionssi- cherheit jedoch erheblich erhöht werden.

Fig. 5 zeigt eine Variante der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform. Bei dieser Variante weist der Leiter 1'ana- log dem Leiter 1 lediglich eine einzige Umbiegung 2'auf.

Ferner sind die Schenkel 2a', 2c'der Umbiegung 2'in der be- reits beschriebenen Weise mit jeweils zwei voneinander beabstandeten Querstegen 24', 25'und 26', 27'versehen. Die Umbiegung 2'ist vollständig mit dem Kunststoffmaterial 3 um- spritzt, welches die Wandung bildet. Diese Kunststoffwandung wird von einer steifen Kappe 5 umgriffen, die aus Metall, beispielsweise aus Stahl mit einem thermischen Ausdehnungsko- effizienten von a = 12 x 10-6 K-1 sein kann.

Die Kappe 5 kann in einem Arbeitsgang beim Umspritzen des Leiters (Stanzgitters) 1'in den Verbund eingefügt werden o- der nachträglich in Art eines Rahmens auf die Kunststoffwan- dung aufgesetzt werden. Durch die geringere thermische Aus- dehnung des Kappenmaterials verglichen mit dem Kunststoffma- terial 3 bauen sich bei einer Temperaturerhöhung in den Kunststoffmaterialbereichen zwischen den Schenkeln 2a', 2c' der Umbiegung 2'und den Seitenwänden der Kappe 5 Druckkräfte FD auf, die den innerhalb der Umbiegung auftretenden Druck- kräften FD entgegengerichtet sind und somit eine Abdichtung der Durchführung sowohl im Bereich der konvexen als auch der konkaven Leiterwandbereiche herbeiführen.

Die Abdichtung in der zweiten Ebene senkrecht zu der durch die Papierebene repräsentierten Leiterbahnebene wird in der bereits beschriebenen Weise durch das Zusammenwirken benach- barter Querstege 24', 25'und 26', 27'erreicht.

Zur Erhöhung der Dichtwirkung können auch hier mehrere anei- nandergereihte derartige Dichtzellen vorgesehen sein.

Die maximal erzielbare Dichtwirkung hängt u. a. von der Mate- rialwahl bezüglich des Leiters 1', des Kunststoffs 3 und der Kappe 5 und insbesondere von der Kappensteifigkeit ab. Dar- über hinaus wird sie durch die Geometrie der Durchführungsan- ordnung wesentlich beeinflußt. Die Dichtkraft ist umso hocher,

je großer die Umbiegungsweite s und die Umbiegungsamplitude t sind, da bei größerer Lange von s, t eine entsprechend große- re absolute Dehnung dieser Bereiche erzielt wird, was wieder- um entsprechend höhere Anpreßkräfte FD verursacht.

Die Kappensteifigkeit kann auch durch konstruktive Maßnahmen, wie beispielsweise dem Vorhandensein eines Verbindungsteils 51 zwischen den Seitenwänden der Kappe 5, erhöht werden. Sie wird ferner durch die Kappenbreite b und die Kappenhöhe h beeinflußt.

Da die zwischen der Leiterumbiegung 2'und der Kappe 5 auf- tretenden Druckkräfte auch auf die Innenseite der Kappe 5 einwirken, wird auch die Kappe 5 nach dem bereits beschriebe- nen Mechanismus abgedichtet.

Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsge- mäßen Durchführungsanordnung. Der Leiter 100 ist als Rundteil ausgebildet und weist zwei in Axialrichtung beabstandet ange- ordnete Radialscheibenelemente 110,120 auf. Jedes Radial- scheibenelement 110,120 ist in optionaler Weise mit mindes- tens zwei radial beabstandeten Umlaufstegen 111,112 und 121, 122 ausgeführt. Die Umlaufstege 111,112,121,122 stehen zu beiden Seiten über die Scheibenflächen der Radialscheibenele- mente 110,120 hervor. Der Leiter 100 ist gemäß der vorherge- henden Beschreibung in dem Kunststoffmaterial 3 eingebettet.

Eine Abdichtung in axialer Richtung des Leiters 100 wird durch die Radialscheibenelemente 110,120 gewährleistet, da sich nach dem bereits beschriebenen Prinzip im dazwischenlie- genden Kunststoffmaterialbereich eine axial in Richtung der Doppelpfeile wirkende Dichtkraft FD aufbaut. Die Höhe der Dichtkraft FD steigt mit dem axialen Abstand der Radialschei- benelemente 110,120. Die optionalen Umlaufstege 111,112, 121,122 stellen eine zusätzliche Abdichtung der Radialschei- benelemente 110,120 in radialer Richtung sicher. Die Höhe der radialen Dichtkraft ist proportional dem Abstand der Um-

laufstege 111,112,121,122 von der Leiterachse und propor- tional dem Radialabstand AR der Umlaufstege 111,112 sowie 121,122 untereinander.

In den Fig. 1-6 wurde die Erfindung anhand einer Tempera- turerhöhung und eines thermischen Ausdehnungskoeffizientens von Metall kleiner als der von Kunststoff erläutert. Das er- findungsgemäße Prinzip funktioniert jedoch auch bei einer Temperaturerniedrigung und/oder einem thermischen Ausdeh- nungskoeffizienten von Metall größer als der des Kunststoffs.

In diesem Fall erfolgt die Abdichtung nicht im konvexen, son- dern im konkaven Bereich einer Umbiegung.

Fig. 7 zeigt eine Teilschnittdarstellung eines Kraftfahrzeug- Steuergerätes zum Einbau in ein Motor-oder Getriebegehäuse.

Das Steuergerät weist eine Aluminium-Grundplatte 6 auf, auf der ein Keramik-Schaltungsträger 7 befestigt ist. Auf dem Schaltungsträger 7 ist eine Steuerelektronik realisiert.

Der Seitenwandbereich des Kraftfahrzeug-Steuergerätes ist in dem hier dargestellten Beispiel durch die in Fig. 5 gezeigte verkapselte Wandungsdurchführung realisiert. Ein Gehäusede- ckel 9 des Steuergerätes ist über eine Formdichtung 15 flüs- sigkeitsdicht mit der Oberseite der Kappe 5 gekoppelt.

In analoger Weise können auch die in den anderen Fig. 2-6 gezeigten Anordnungen sowie Kombinationen derselben zur dich- ten Durchführung von strom-und signalführenden Leitungen in ein Kraftfahrzeug-Steuergerät eingesetzt werden.