CN102884684A - 产生透壁密封电气连接的装置和其相应的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种产生穿过发动机缸体壁(13)的密封电气连接，以便将包含在发动机缸体中的一传感器或者一致动器连接到一中央单元的装置，所述装置包含一个连接器(2)、至少一个连接到电线束(6)的电触头(4)，所述连接器中设置有至少一个孔(14)且预期要排布在所述壁(13)的一开口(12)中，所述电触头(4)被至少一个O型密封圈(36)环绕并排布在连接器(2)的孔(14)中，所述装置还包含一位于电线束(6)、电触头(4)连接到电线束(6)的一端以及连接器(2)的一端上的包覆成型部分(10)，使得所述装置被安装在开口(13)中后，所述包覆成型部分(10)与连接器(2)之间的接合位于壁(13)的一侧。

Description

产生透壁密封电气连接的装置和其相应的制造方法
技术领域
本发明涉及一种产生透壁密封电气连接的装置，举例而言，将例如排布在发动机缸体内的传感器或者主动装置与位于发动机缸体外部的控制单元连接。
背景技术
汽车领域中使用了大量的传感器和大量的致动单元，它们与排布在汽车内的中央单元相连。举例而言，此类传感器有流量传感器、温度传感器或者压力传感器，且，举例而言，此类致动单元是电磁阀或者致动器。
例如，可以在发动机中，特别是发动机缸体中排布传感器和/或致动单元，而在车子的任何地方都可排布中央单元。传感器和致动单元通过电线束形式的有线连接与中央单元相连。在传感器和致动单元排布在发动机缸体中这种情况下，电线束穿过曲轴箱，所述穿过必定是密封的。
一般说来，传感器或致动单元包含设置在一电触头一端的一部分电线束，其是要与相连于中央单元的一电线束的一电触头相连。传感器或致动单元的电线束穿过发动机缸体的曲轴箱壁，且电触头朝发动机缸体外部突出，在这里，它与中央单元的电线束触头相连。
一种确保能密封穿过发动机缸体的曲轴箱壁的装置包含一个连接器，被称作曲轴箱通路连接器，它由通过排布在曲轴箱外围与曲轴箱壁内通路边缘之间的垫圈以密封方式安装在穿过壁的通路中的塑性材料制成。此实施例提供了一种合格的密封方式。
另一方面，曲轴箱通路连接器、传感器或致动单元的电线束以及电触头之间存在密封问题。
实现这样的密封有几种解决方案。
其中之一是，用经过切割且折叠的金属片形成电触头，以及通过直接在电触头上包覆成型(over-moulding)来形成曲轴箱通路连接器。然而，需要细微的操作，多股电线束的电缆线与包覆成型部分之间才能达到密封。发动机缸体中的油可能会因毛细作用沿多股电线束的电缆线上升或在多股电线束的电缆线之间上升，从而出现密封不严问题。
另一种解决方案是，通过机器加工形成电触头并将电触头装配在O型密封圈中。然后，直接在触头和O型密封圈上包覆成型，形成曲轴箱通路连接器。所述解决方案有几个缺点：
-跟传统组合件中在孔中安装垫圈不一样，在垫圈周围通过包覆成型形成所述孔，难以预见垫圈的特性。由于通过包覆成型形成密封，因此它直接依赖于注入参数，因而需要高精度加以控制。
-在包覆成型过程中，垫圈可能因塑性材料的温度、塑性材料的注入速率和/或压力发生磨损(deteriorate)。如果垫圈损坏，在视觉上是检测不到的。
-因为在注入过程中，触头可能在注入模具中移动，所以曲轴箱通路连接器中的电触头的轴向位置不受控制。为了克服这个缺点，可以用模具的一个引脚来维持触头，但是，在引脚通过的地方，穿过连接器的触头就变得可见。导电液体存在时，可能会有短路的风险。
-最后，为模具中的触头定位所需的精度使包覆成型时间延长，也因此增加了曲轴箱通路连接器的制造成本。
文件GB 2420919描述了一种用于连接电缆和潜水泵的装置。所述连接装置包含大量的零件，这意味着由于组装缺陷的风险和潜在的渗漏线路的数目都会增加，会带来可靠性的问题，且生产成本很高。因此，它不适用于力求简化装置并降低成本的汽车领域。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种相比于现有技术，密封性提高的能穿过壁，尤其是能密封穿过发动机缸体的曲轴箱壁的电气连接装置，并提供了一种简单的构思，此外零件数目也减少了。
上述目标是通过一种透壁电气连接装置来实现的，所述透壁电气连接装置包含一个预先形成的曲轴箱通路连接器、至少两个电触头、密封构件以及相对于曲轴箱通路连接器机械地维持电线束的机械维持构件，所述曲轴箱通路连接器具有一个预期要与所述壁中形成的开口之表面配合的外表面以及至少两个横贯的孔，在电线束端部的每一个电触头预期要与一个传感器或一个致动单元相连，电触头各自被安装在一个孔中，密封构件被置于触头与孔的内表面之间。所述机械维持构件以一包覆成型部分的形式而制成，所述包覆成型部分环绕所述触头从孔中突出的部分和一部分电线束且与所述连接器成为一体。因此，透壁密封并没有涉及到包覆成型，包覆成型部分位于壁中开口之外。介于电触头与曲轴箱通路孔之间的密封构件，例如，由至少一个具有常规功能的垫圈形成，密封得到了良好的控制。
包覆成型部分还确保两个遥测触头之间是电绝缘的。此外，还能机械地维持电触头不向后移动。而且，包覆成型部分使导线相对于电触头的末端保持不动，避免了电气连接发生破损，例如，由于导线疲劳造成破损，例如由于振动或不正确处理而发生破损。
因此，本发明以零件数目减少这一非常简单的方式提出了一种可靠的连接装置，它的使用寿命延长了，制造相对简单，从而降低了成本价格。所述连接装置尤其适用于汽车领域。
此外，将触头装配在曲轴箱通路连接器的孔中可以通过压缩孔中的垫圈，通过施力，通过夹持(clipping)和/或黏合来获得。因此，触头的位置受到控制，且就包覆成型部分而言，它的形成不会带来改变电触头位置的风险。此外，装配简便而快速。
应用于发动机缸体时，包覆成型部分完全被排布在发动机缸体内部，因此，所述包覆成型部分与曲轴箱通路连接器之间的接合(junction)被排布在发动机缸体中，在发动机缸体与曲轴箱通路连接器之间有可能发生渗漏的密封处的上游。因此，包覆成型部分不再具有密封功能，而是只起到机械地维持(多个)触头和(多股)电线束以及电触头之间电绝缘的作用。因此，用于实行包覆成型的注入参数有轻微变化对所述功能没有影响。即使包覆成型部分与曲轴箱通路连接器之间的接合没有密封也不会有麻烦，因为排布在曲轴箱通路连接器与发动机缸体的曲轴箱壁中的开口之间以及在导电体与曲轴箱通路连接器之间的垫圈会阻止渗漏。
此外，由于本发明，有效性已得到证实的常规垫圈可用于所有的所述密封。
本发明的主题主要是一种透壁密封电气连接装置，它包含设置有至少两个孔的连接器、至少两个各连接到一个电线束的电触头，所述连接器预期要排布在所述壁的一开口中，所述电触头被密封构件环绕并各排布于连接器的一孔中，密封构件确保电触头与孔之间是密封的，所述装置还包含将所述电线束机械地维持于所述连接器而使之排布于连接器的所述孔的一端的机械维持构件，使得当所述装置被安置于壁开口中时，所述机械维持构件由位于电线束、电触头连接到电线束的一端以及连接器的一端上的包覆成型部分形成，使得当装置安置在壁开口中时，所述包覆成型部分与连接器之间的接合位于壁的一侧。
以一种有利的方式，电触头的外围包含至少一个用于安置至少一个例如O型密封圈的垫圈的凹槽，以形成密封构件。电触头可包含一个预期要与另一个电触头接触的端部，以及位于电线束一侧的直径较大的部分，所述至少一个凹槽容置一个在所述直径较大的部分中形成的垫圈，孔包含一个用以维持所述端部的直径较小的中间部分。
电触头可通过以下方式维持在孔中：压缩所述至少一个垫圈，和/或将所述触头以受压配合的方式安装在孔内，和/或黏合，和/或夹持。
连接器较佳地包含紧固所述机械维持部分的紧固构件。在机械维持部分是包覆成型部分的实施例范例中，所述紧固构件是通过位于形成包覆成型部分的所述端部的附接构件形成的。连接器例如在其外表面上包含一区段(span)以及参与堵挡所述装置在开口中轴向位置的堵挡构件，所述区段旨在确保与所述壁开口表面是密封的。所述连接器在孔的开口端还可包含结合预期要与所述装置的电触头接触的一电触头的结合构件。
举例说明，电线束，例如与一个传感器或一个致动单元相连，且电触头预期要与一个中央单元相连。壁，就其本身而言，可以是汽车发动机的发动机缸体的曲轴箱壁，且传感器是流量传感器、压力传感器或温度传感器，且致动单元是电磁阀或致动器。
本发明还涉及一种制造根据本发明的密封电气连接装置的方法，所述方法包含以下步骤：
-通过注入塑性材料形成连接器，
-形成电触头和电线束，
-将密封构件安置环绕于电触头，
-将所述触头安置于连接器的孔中，
-例如通过夹持、通过黏合或通过借由注入塑性材料而包覆成型所述包覆成型部分来确保对电线束的机械维持。
附图说明
通过以下说明和附图将更好地理解本发明，其中：
-图1是根据本发明的连接装置的纵剖透视图；
-图2是在图1的连接装置中实施的曲轴箱通路连接器的纵剖透视图；
-图3是装配到曲轴箱通路连接器中之前的电触头和电线束的详图；
-图4是根据本发明的连接装置在实施包覆成型之前的纵剖透视图；
-图5A和5B分别是根据本发明的装置处于壁开口中的纵向剖视图，以及所述装置连接到与中央单元相连的电触头的纵向剖视图。
具体实施方式
从图1中可以看到一种透壁电气连接装置的一实施例范例，例如穿过汽车发动机缸体的曲轴箱壁，旨在连接位于发动机缸体中的一个组件与排布在，例如距发动机有段距离的发动机室中的中央单元。
在接下来的示例说明中，壁将被视为发动机缸体的曲轴箱壁，但是，无论如何这并不是对本发明应用的限制。
待连接的组件例如是一测量组件，诸如流量传感器、压力传感器、温度传感器…，或者是一致动单元，诸如电磁阀或致动器，诸如电磁铁。在接下来的说明中，为了简单起见，将用待连接组件这一通用术语来指代传感器或致动单元。
图1中描绘的根据本发明的连接装置包含第一部分2或连接器(在下文中称为曲轴箱通路连接器)、至少一个电触头4，在所描绘的范例中使用了两个电触头，电连接到每一个电触头4一端的电线束6，电线束6的另一端预期要与待连接组件8(在图5B中示意性地描绘)相连，以及将所述电线束机械地维持于曲轴箱通路连接器2上的机械维持构件。在所描绘的范例中，且以一种有利方式，所述维持构件由一个包覆成型(over-moulded)部分10形成。
在图2中单独描绘的曲轴箱通路连接器2具有一纵轴X。曲轴箱通路连接器2包含一个外表面11和轴X上的两个横贯的孔14，外表面11预期要进入壁13中形成的开12(图5A)的表面并与之接触，每一个横贯的孔14都用于容纳一个电触头。
当根据本发明的装置安装到要被穿过的壁开12中时，纵向端部2.1和2.2就会突出在壁13的内表面和外表面的任一侧。曲轴箱通路连接器2的第一端部2.1朝发动机缸体内部突出，而曲轴箱通路连接器2的第二端部2.2朝发动机缸体外部突出。
现在，将自曲轴箱通路连接器2的第一纵向端部2.1到其第二纵向端部2.2描述其外表面10。
在所描绘的范例中，第一端部2.1有利地包含能够对所述包覆成型部分10与曲轴箱通路连接器2的附接加以改良的附接构件16，在所描绘的范例中，构件16由排布在套管16.2端部与穿孔12的第一端部12.1在同一条线上的冠16.1形成。冠16.1形成一个被所述包覆成型部分围绕的径向突起，从而改进它与曲轴箱通路连接器的附接。
外表面11包含一个用于抵靠在壁13内表面上的环形突起18。环形突起18可通过包覆成型而形成。外表面包含介于壁中的开口与连接器2之间的密封区段19。区段19可以，例如与装配在开口中的垫圈相配合，若果如此则包含用于装配垫圈的凹槽。
外表面11还包含一个环形槽20，环形槽20处于发动机缸体外部，且用于容置一堵挡连接装置在开口中轴向位置的堵挡构件23(图5A)，例如夹(clip)型或钩夹(agrafe)型堵挡环，堵挡构件23用来抵靠在壁13的外表面上。因此，环形突起18与环形槽20之间的区段19的长度大致与壁13的厚度相等。也可以提供其他堵挡构件，可以是销，或者是直接与开12配合使用的螺纹，或者与排布在发动机缸体外部且抵靠在壁13上的螺母配合使用的螺纹，在堵挡构件是销时，连接器包含销的外壳。
最后，曲轴箱通路连接器2的第二端部2.2包含结合一电触头的结合构件21，所述电触头连接于中央单元。在所描绘的范例中，第二端部表现为公配件的形式，它具有一个径向延伸至外部以确保通过与一母配件夹紧而锁紧的锥形突起。
现在来描述孔14。这些孔主要包含从发动机缸体内侧上的第一端部4.1到发动机缸体外侧上的第二端部4.2轴向排布的三个部分22、24、26。
剖面减少的部分24将直径为D22的第一部分22与第三部分26分隔开。
在所描绘的范例中，两个孔的第三部分26是共用的，两个电触头的两个端部28被平行地排布在同一部分26中。
从图3中可以看出可在本发明中实施的电触头4的一个实施例范例。
在所描绘的范例中，所述装置以两个大致类似的电触头来实施，但在此只详述其中一个电触头。
电触头4包含第一端部28、一个抵靠密封装置的中间部分30以及一个与电线束6相连的部分32，第一端部28预期要与和中央单元相连的那个电触头接触。电线束6的电缆线压接或焊接在电触头上。
在所描绘的范例中，端部29有利地包含一个与部分24相配合的矩形剖面，部分24具有相对应大体为矩形的剖面，以便于组装过程中触头的定向。
中间部分30的外周边包含至少一个凹槽34，最好是数个槽，槽中安装有垫圈36，例如O型密封圈。
中间部分30的直径D30和孔的第一部分的直径D22被选择以确保垫圈36受压缩，而且电触头与孔之间是密封的。
正如前面所说明的，孔的第二部分24的形状能使触头端部28通过。
在所描绘的范例中，孔的第一部分22以一截头圆锥体形状结合到第二部分24上，便于电触头的定位。电导体的中间部分具有相应的形状。部分24的圆锥形也便于垫圈插入孔中。
通过压缩垫圈，和/或通过受压配合的方式将触头的端部安装在孔的第二部分24中，和/或通过黏合，和/或通过夹持(clip)，电触头被维持在曲轴箱通路连接器2中。
通过中间的垫圈，孔的第三部分26确保根据本发明的连接装置与连接到控制单元的电触头之间是密封的，所述垫圈确保相对于发动机缸体外部环境是密封的。可以设想任何其他手段，一垫圈可以装配在连接到中央单元的电触头的母配件(female part)上。
包覆成型部分10在曲轴箱通路连接器的所述附接部分上形成且围绕电触头的所述部分32和电线束6。包覆成型部分10完全覆盖了电触头的导电部分32，避免了短路的危险。此外，它还确保使电线束维持在给定位置，且能够使连接装置易于固持定位在壁开口中。视应用和为(多股)电线束定位的必要性而定，包覆成型部分10可以由刚性材料制成，或由具有一定弹性的材料制成。
在一变化例中，电线束的机械维持可以通过夹持或通过黏合来实现，电线束与连接器之间则能提供附加零件。
曲轴箱通路连接器和包覆成型部分可由热塑性或弹性材料制成。
现在将描述一种制造根据本发明，只包括一个电触头的电气连接装置的方法的范例。
首先，通过注入塑性材料形成曲轴箱通路连接器，以及一个连接到电线束的电触头。例如，电触头是通过机器加工而形成的。在电触头的中间部分的外围用机器加工出一或多个凹槽。
在接下来的步骤中，将O型密封圈安置在电触头的每个凹槽中。然后，将电触头引入到曲轴箱通路连接器的孔中，直到它抵靠在部分24或抵靠在连接器2的任何支撑物上为止。在所描绘的范例中，由于部分24的剖面为矩形，因而部分24能够为连接器中的电触头定向，电触头的部分28也具有一矩形剖面。
垫圈被压缩并确保触头的密封性，可取舍地，可维持触头。电触头的端部32突出到根据特定尺寸制成的孔的第三部分中。从而，可在图4中看到形成的组合件。
也可以提供黏合步骤。在维持是通过夹持方式实现的情况下，夹持与将电触头装配到孔中同时进行。
由此形成的曲轴箱通路连接器/电触头与电线束的组合件排布在一模具中，电线束沿所希望的方位排布。然后，通过将塑性材料注入模具中形成包覆成型部分10。所述注入不会导致电触头发生移位，因为它牢固地维持在曲轴箱通路连接器2中。
根据本发明的连接装置预备被安装在壁开口中，并与排布在发动机缸体中的组件以及一中央单元相连。
在图5A和5B中，可以看到此装置装配在壁中，且装配方式如下：
将曲轴箱通路连接器2引入到壁13的开口12中，使得它的环形突起18抵靠在壁的内表面上，且在凹槽20中安装一个堵挡构件23，确保装置在壁中的轴向维持。在所描绘的范例中，所述堵挡构件22可以是夹子(clip)或钩夹(agrafe)。在一实施变化例中，可以是销或者螺纹。根据所选择的选项，垫圈可以被安装在曲轴箱通路连接器的区段上或所述开口中。
位于发动机缸体中的电线束6与待连接组件8相连。经由电线束41连接到中央单元42的电触头40则连接到根据本发明的装置，在所描绘的范例中，通过夹持完成组装。
由于本发明，连接装置与壁之间的密封用一或多个垫圈就能保证，而(多股)电触头与曲轴箱通路连接器之间的密封用一或多个垫圈就能保证。垫圈可以是发挥正常作用的O型密封圈，因此能保证密封性良好。
此外，对于热冲击，O型密封圈的优势在于能提供很好的稳健性，特别是在冷启动过程中，这使得它可以在所有操作配置下保证密封，而且即便是电线束的导线外皮被刺穿，例如在包覆成型部分形成过程中或在发动机缸体的使用过程中被刺穿，也能保证密封。
此外，油因毛细作用而上升，例如沿电线束导线上升不再是问题，因为O型密封圈在可能发生渗漏的电线束后面。
因为不是包覆成型部分确保密封性，因而可降低注入压力。此外，由于电线束导线的包覆成型通常有问题，有了本发明，就可以避免一定要在这个位置上获得质量很好的包覆成型。
根据本发明的连接装置还具有易于实施的优点。事实上，因为不再是包覆成型部分确保密封，包覆成型步骤的管理不再是关键，这一步骤就可以用较小的精度实施。
此外，不存在电触头的位置改变的风险。因此，无需使用销来维持模具中的触头，终止包覆成型时，这些就不可见了。并且，曲轴箱通路连接器/电触头与电线束的组合件在模具中的定位也被简化了。
电触头在孔中的正确定位可以容易遵守由电触头端部决定的超出(overshoot)尺寸，其公差，在某些应用中，可能约为十分之一。
在包含一包覆成型部分的实施例范例中，包覆成型步骤更简单快捷，由于包覆成型部分的形状非常简单，所以模具也简化了。因此，可以减少制造成本，尤其是因为可以以自动方式形成曲轴箱通路连接器。
显然，连接装置可与两个以上电触头同时连接是能理解的。较佳地，曲轴箱通路连接器至少在密封区段处实质上留存一个旋转的几何形状，从而简化其制造，且实现与壁的密封。然后，电触头，例如围绕旋转轴以均匀方式摊开。
在某些情况下，安装在同一曲轴箱通路连接器中的电触头可以与传感器相连，且在其他情况下，与致动单元相连。此外，还可以假设数个根据本发明所述的连接装置穿过同一发动机缸体的曲轴箱壁安装。
本发明特别适用于汽车发动机的发动机缸体中的传感器和/或致动单元与一个中央单元的透壁连接。
显然，能理解的是，每次实施电气连接装置时都需要一个透壁密封电气连接。

Claims (11)

1.一种透壁(13)密封电气连接装置，包含设置有至少两个孔(14)的一连接器(2)，至少两个各连接到一电线束(6)的电触头(4)，所述连接器(2)预期要排布在所述壁(13)的一开口(12)中，所述电触头(4)被密封构件(36)环绕并各排布于连接器(2)的一孔(14)中，密封构件(36)确保电触头(4)与孔(14)之间是密封的，所述装置还包含将所述电线束机械地维持于所述连接器而使之排布于连接器的所述孔的一端的机械维持构件，使得当所述装置被安置于壁(12)的开口(13)中时，所述机械维持构件与所述连接器(2)之间的接合位于壁(13)的一侧，所述机械维持构件由位于电线束(6)、电触头(4)连接到电线束(6)的一端以及连接器(2)的一端上的一包覆成型部分(10)形成。
2.如权利要求1所述的密封电气连接装置，其中所述电触头(4)的外围包含至少一个用于安置至少一个例如O型密封圈的垫圈(36)的凹槽(34)，以形成所述密封构件。
3.如权利要求2所述的密封电气连接装置，其中所述电触头(2)包含一个预期要与另一个电触头接触的端部(28)，以及位于电线束(6)一侧的直径较大的部分(30)，所述至少一个凹槽(34)容置一个在所述直径较大的部分(30)中形成的垫圈(36)，所述孔包含一个用于维持所述端部(28)的直径较小的中间部分(24)。
4.如权利要求1到3中任一项所述的密封电气连接装置，其中所述连接器(2)包含用于紧固对电线束的机械维持构件的紧固构件。
5.如权利要求4所述的密封电气连接装置，其中所述紧固构件是通过附接所述包覆成型部分(10)的附接构件(16)形成的。
6.如权利要求1到5中任一项和权利要求2相结合所述的密封电气连接装置，其中所述电触头(4)通过压缩所述至少一个垫圈(36)，和/或通过将所述触头以受压配合的方式安装在所述孔内，和/或通过黏合，和/或通过夹持而被维持在孔(14)中。
7.如权利要求1到6中任一项所述的密封电气连接装置，其中所述连接器(2)的外表面包含旨在确保与所述壁(13)的开口(12)的表面密封的一区段(19)，和参与堵挡所述装置在开口(12)中轴向位置的堵挡构件(23)。
8.如权利要求1到7中任一项所述的密封电气连接装置，其中所述连接器(2)在孔(14)的开口端包含用于结合预期要与所述装置的电触头(4)接触的一电触头(40)的结合构件(21)。
9.如权利要求1到8中任一项所述的密封电气连接装置，其中电线束(6)连接到一传感器或一致动单元，且电触头(4)旨在通过另一个电触头而连接到一中央单元。
10.如权利要求9所述的密封电气连接装置，其中所述壁(13)是一汽车发动机的一发动机缸体的曲轴箱壁，且传感器是一流量传感器、一压力传感器或一温度传感器，且致动单元是一电磁阀或一致动器。
11.一种制造如权利要求1到10中任一项所述的密封电气连接装置的方法，包含以下步骤：
-通过注入塑性材料形成连接器(2)，
-形成电触头(4)和电线束(6)，
-将密封构件(36)安置环绕于所述电触头(4)，
-将所述电触头(4)安置于所述连接器(2)的孔(14)中，
-通过位于电线束(6)、电触头(4)连接到电线束(6)的一端以及所述连接器(2)的一端上的一包覆成型部分(10)来确保对电线束的机械维持，所述包覆成型部分(10)是通过注入塑性材料形成的。
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