DE10044460A1 - Baueinheit und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Baueinheit, die ein Wandelement (11, 112, 212) aus einem ersten Material, zumindest eine in das Wandelement (12, 112, 212) eindringende oder dieses durchgreifende Leitung (20, 120, 220) und ein zwischen der Leitung (20, 120, 220) und dem Wandelement (12, 112, 212) angeordnetes Abdichtelement (30, 130, 230) aus einem zweiten Material umfaßt. Die Baueinheit ist gekennzeichnet durch einen Übergangsbereich (60, 60') zwischen Wandelement (12, 112, 212) und Abdichtelement (30, 130, 230), wobei der Übergangsbereich (60, 60') durch Oberflächenverformungen (61) des Abdichtelements und/oder durch eine Vermischung aus erstem und zweitem Material definiert ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Baueinheit (Fig. 1b)

Description

Die Erfindung betrifft eine Baueinheit, die ein Wandelement aus einem ersten Material, zumindest eine in das Wandelement ein­ dringende oder dieses durchgreifende Leitung und ein zwischen der Leitung und dem Wandelement angeordnetes Abdichtelement aus einem zweiten Material umfaßt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Baueinheit.

In vielen Bereichen der Technik müssen Leitungen von einem Be­ reich zu einem anderen Bereich durch ein die beiden Bereiche trennendes Wandelement, das hierfür einen Durchbruch bzw. eine Öffnung (im folgenden als Durchgang bezeichnet) aufweist, hin­ durchgeführt werden. Dabei ist häufig erwünscht, daß der Durch­ gang abgedichtet ist, so daß Medien, wie Flüssigkeiten, Gase etc., nicht von einem Bereich zum anderen entlang der Leitung durch den Durchgang gelangen können. Gerade auf dem Gebiet der Elektrotechnik werden sehr häufig Kunststoffgehäuse zur Aufnah­ me von elektrischen, elektronischen oder mechatronischen Kompo­ nenten verwendet, wobei das Gehäuse einen Durchgang aufweist, in dem bspw. eine Steckkontaktleiste mit außenliegenden Stecke­ lementen angebracht ist. Über diese Steckelemente werden die elektrischen Verbindungen mit der im Gehäuse untergebrachten Komponente hergestellt. Liegt dieses Gehäuse in einem schmutz­ gefährdeten Bereich, bspw. im Motorraum eines Fahrzeugs, oder in der Ölwanne eines Motors, ist es zum Schutz der Komponente erforderlich, eine Abdichtung im Bereich des Durchgangs, insbe­ sondere um die Steckelemente herum, vorzusehen.

Eines der bisher eingesetzten Verfahren besteht darin, die Steckelemente mit einem Kunststoffmaterial zu umspritzen, das dem Material des Gehäuses entspricht. Bei dieser Art der Ab­ dichtung kommt es jedoch sehr schnell zu Undichtigkeiten, die sich insbesondere aufgrund einer Delamination oder einer Schwindung des Kunststoffmaterials oder einer rauhen Oberfläche der z. B. gestanzten Steckkontakte ergibt. Eine Möglichkeit, diese Abdichtung zu verbessern, besteht z. B. in der Versiege­ lung der Austrittsfläche der Steckelemente nach dem Umspritzen mit Kunststoff. Ein solcher Nachbearbeitungs-Schritt ist jedoch aufwendig und kostenintensiv.

Die Verwendung von nicht gestanzten Kontakten, die eine verbes­ serte Oberflächenbeschaffenheit haben, führen aufgrund der da­ durch erreichten besseren Haftung des Kunststoffs an den Kon­ takten zwar zu besseren Abdichtergebnissen, sind jedoch in der Herstellung teuer. Auch das Durchschießen einer Gehäusewand mit einem runden Kontaktstift führt zwar zu besseren Abdichtergeb­ nissen, ist aber ebenfalls sehr kostenintensiv. Diese Lösung erfordert nämlich spezielle Dichtgeometrien des Stiftes, die nicht als integraler Teil bspw. einer komplexeren Leiterbahn­ führung darstellbar sind, sondern Verbindungsstellen zwischen Stift und benachbarter Leiterbahn erfordern.

Darüber hinaus werden auch Zwei-Komponenten-Spritzgußverfahren eingesetzt, wobei zwei verschiedene Thermoplasten zum Einsatz kommen. Auch hier ist der Übergang zwischen Metall und Thermo­ plast im Hinblick auf die Dichtigkeit unbefriedigend. Wird statt des ersten Thermoplasten ein nicht reaktiver Schmelzkle­ ber verwendet, der mit einem Thermoplasten umspritzt wird, er­ gibt sich das Problem, daß der wenig wärmeformbeständige Schmelzkleber beim Umspritzen mit dem flüssigen Thermoplasten verweht.

Neben dem direkten Umspritzen der Steckkontakte mit dem auch für das Gehäuse verwendeten Kunststoff ist es ebenfalls be­ kannt, elastische Dichtungen zu verwenden, die in einem vorge­ lagerten Montageschritt auf die Steckkontakte aufgebracht wer­ den, wobei die Einheit aus Steckkontakten und Abdichtung an­ schließend in das Gehäuse eingesetzt wird. Als weitere Abdicht­ möglichkeiten sind noch die Preßpassung oder die Profildichtung zu nennen.

All diese Lösungen zur Abdichtung einer ruhenden Fläche haben miteinander gemein, daß sie zusätzliche Montageschritte zum An­ bringen der Dichtung erfordern oder nicht die gewünschten Dich­ tungseigenschaften besitzen. So ist die Montage, bspw. beim Einlegen einer Dichtung, personalaufwendig und fehleranfällig. Darüber hinaus ist der Bereich zwischen Gehäuse und Dichtung problematisch, da aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungs­ koeffizienten der für das Gehäuse und die Dichtung verwendeten Materialien im Laufe der Zeit Spalte entstehen können, die die Dichtigkeit beeinträchtigen. Des weiteren ist die erforderliche Präparation der Dichtflächen nachteilig. Je nach Gestaltung der Dichtung werden nicht nur sehr hohe Ansprüche an die Geometrie, sondern auch an die Oberflächenqualität der Dichtflächen ge­ stellt, die unmittelbar die Herstellungskosten erhöhen. Ferner schließen sich beim Einsatz von Dichtungen häufig an den Monta­ gevorgang der jeweiligen Dichtung aufwendige Dichtigkeitsprü­ fungen an, die wiederum kostspielig sind.

Da konventionelle Dichtungen, die direkt in den Montagespalt der Fügeteile eingesetzt werden, je nach Beanspruchung ver­ schleißen, kann ein regelmäßiges Erneuern der Dichtung notwen­ dig werden. Auch dies verursacht zusätzliche Kosten.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Er­ findung darin, ein Verfahren bzw. eine Baueinheit der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine einfache und kosten­ günstige berührende Dichtung an ruhenden Flächen ermöglicht wird. Insbesondere soll die Abdichtung auch im Übergangsbereich von Abdichtelement zu Wandelement dauerhaft erhalten bleiben.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei dem ein­ gangs erwähnten Verfahren dadurch gelöst, daß das zweite Mate­ rial auf einen Abschnitt der zumindest einen Leitung entlang des gesamten Umfangs der Leitung aufgebracht wird, um das Ab­ dichtelement zu erhalten, und daß das Abdichtelement mit dem ersten Material umspritzt wird, bevor das Abdichtelement ausge­ härtet ist, um das Wandelement zu erhalten.

Dieses erfindungsgemäße zweistufige Verfahren ermöglicht die Herstellung eines Abdichtelements in kostengünstiger und einfa­ cher Art und Weise. So ist es nicht notwendig, zusätzliche Mon­ tageschritte, bspw. zum Anbringen einer Dichtung auf der abzu­ dichtenden Leitung, vorzusehen. Vielmehr wird das Abdichtele­ ment bereits bei dessen Herstellung an der Leitung angebracht und in den Herstellungsprozeß der gesamten Baueinheit inte­ griert. Ferner läßt sich durch Umspritzen des Abdichtelements zu einem Zeitpunkt, zu dem das Abdichtelement noch nicht ausge­ härtet ist, erreichen, daß eine dauerhafte Verbindung zwischen dem Wandelement und dem Abdichtelement erfolgt. Somit wird die bisher bei vielen Abdichtungen vorhandene Schwachstelle im Be­ reich des Übergangs von Abdichtelement zu Wandelement besei­ tigt.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß das Abdichtelement für nahezu jede Dichtungsgeo­ metrie eingesetzt werden kann. Die Form des Abdichtelements wird alleine durch den Vorgang der Anbringung festgelegt, so daß keinerlei Einschränkungen in bezug auf die Geometrie durch die Gestalt der Dichtung entsteht. Das Verfahren ist damit sehr flexibel einsetzbar. So kann es sich bei der Baueinheit bspw. um ein geschlossenes Gehäuse zur Aufnahme einer mechatronischen Komponente handeln, oder aber um eine mit Kontakten versehene Anschlußleiste, die an einem Gehäuse angebracht werden kann, oder auch um einen Rahmen, oder aber auch um einen reinen Stec­ ker.

Ganz allgemein ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfin­ dung als Baueinheit jegliches Element zu verstehen, das ein Wandelement und eine Leitung aufweist, die in das Wandelement eindringt oder das Wandelement durchdringt, wobei ein Abdichte­ lement zwischen Wandelement und Leitung vorgesehen ist.

Ferner ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung unter Leitung ein beliebiges Element zu verstehen, das von einer Sei­ te der Baueinheit durch einen Durchgang hindurch zur anderen Seite der Baueinheit geführt werden soll. Es kann sich daher bspw. um elektrische Leitungen, elektrische Steckkontakte/­ Steckelemente oder auch Rohrleitungen, bspw. Kühlmittelleitun­ gen oder auch Schließzylinder handeln. Dabei spielt es keine Rolle, aus welchem Material und in welcher Querschnittsgeome­ trie die Leitung gefertigt ist.

Des weiteren ist mit dem Begriff "Umspritzen" allgemein das Auftragen von Material mit Hilfe des Spritzgießverfahrens, werkzeuggebundener oder frei dosierender Verfahren gemeint.

Des weiteren wird mit der Angabe "bevor das Abdichtelement aus­ gehärtet ist" ein Zustand des Abdichtelements verstanden, bei dem es einerseits weiterverarbeitbar ist, aber andererseits zumindest an der Oberfläche verformbar und/oder mit dem ersten Material vermischbar ist. Mit anderen Worten ist das Abdichte­ lement soweit ausgehärtet, daß es handhabbar ist und dennoch so wenig ausgehärtet, daß eine Verformung der Oberfläche oder eine Vermischung einer Oberflächenschicht des Abdichtelements mit dem ersten Material möglich ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird somit vollkommen gelöst.

In einer bevorzugten Weiterbildung wird als erstes Material ein Thermoplast und als zweites Material ein reaktives Polymerge­ misch, vorzugsweise ein Reaktionskleber, verwendet. Es werden also für Wandelement und Abdichtelement unterschiedliche Mate­ rialien verwendet.

Diese Materialien haben sich in der Praxis als besonders vor­ teilhaft herausgestellt. Ein thermoplastisches Material läßt sich äußerst kostengünstig verarbeiten. Ein reaktiv vernetzen­ des Material für das Abdichtelement besitzt gute Hafteigen­ schaften, um einerseits gut an der Leitung zu haften und ande­ rerseits eine gute Verbindung mit dem Thermoplast eingehen zu können.

In einer bevorzugten Weiterbildung wird das Abdichtelement beim Umspritzen zumindest teilweise an der dem Wandelement zugewand­ ten Seite verformt.

Diese Verformung stellt sich ein, da das Umspritzen zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem das Abdichtelement noch nicht ausge­ härtet ist. Durch den Einspritzdruck kann sich das Ab­ dichtelement in bestimmten Bereichen verformen. Diese Verfor­ mung führt unerwartet zu einer deutlichen Verbesserung der Ab­ dichtung im Bereich zwischen Wandelement und Abdichtelement. Diese positive Wirkung ergibt sich daraus, daß sich die Ober­ fläche, mit der Wandelement und Abdichtelement in Kontakt kom­ men, durch diese Verformung deutlich vergrößert.

In einer bevorzugten Weiterbildung wird beim Umspritzen des Ab­ dichtelements zwischen Abdichtelement und Wandelement ein Mischbereich aus dem ersten und dem zweiten Material erzeugt.

Dieser Mischbereich kann entstehen, da das Abdichtelement beim Umspritzen noch nicht ausgehärtet bzw. erstarrt ist. Dieser Mischbereich sorgt einerseits dafür, daß die beiden Materialien von Wandelement und Abdichtelement sehr gut miteinander verbun­ den werden können, so daß die Gefahr von Kanalbildungen auf­ grund bspw. schlechter Haftung der beiden Materialien vermieden wird. Andererseits sorgt dieser Mischbereich dafür, daß sich auch im Laufe der Zeit keine Kanäle oder Spalte bilden. Viel­ mehr besitzt dieser Mischbereich aufgrund des sich ändernden Ausdehnungskoeffizienten kompensierende Wirkung, so daß Wärme­ spannungen abgeschwächt werden. Besonders gute Abdicht- und Haftungseigenschaften lassen sich durch eine Kombination der zuvor genannten Maßnahmen, nämlich Verformung und Mischung er­ zielen.

In einer bevorzugten Weiterbildung wird die Leitung aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise einem Metall, hergestellt, um eine elektrische Verbindung zu bilden. Die Lei­ tung kann dabei einen beliebigen Querschnitt aufweisen. Weiter bevorzugt wird die Baueinheit als Gehäuse oder Gehäusekomponen­ te zur Aufnahme elektrischer, elektronischer oder mechatroni­ scher Komponenten geformt.

Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß eine sehr kostengünstige Baueinheit, bspw. eine Steckkontaktleiste oder ein Stecker her­ stellbar ist. Der Kostenvorteil gegenüber herkömmlichen Verfah­ ren ergibt sich unter anderem dadurch, daß kostengünstig her­ stellbare Stanzteile verwendbar sind, da das Abdichtelement aufgrund seiner guten Abdicht- und Hafteigenschaften auch rau­ here Oberfläche mit scharfen Kanten sicher abdichtet. Es ver­ steht sich, daß die Leitung auch in anderer Weise und mit be­ liebigem Querschnitt dargestellt werden kann, bspw. durch Zie­ hen, Erodieren, Laserschweißen, Drehen, etc.

In einer bevorzugten Weiterbildung wird auch die Komponente mit dem zweiten Material umhüllt, so daß das Abdichtelement die Komponente vollständig umgibt, und wird das Abdichtelement vollständig mit dem ersten Material umspritzt, so daß das Wand­ element das Gehäuse bildet, wobei die zumindest eine Leitung von außen in das Wandelement eindringt und bis zu der Komponen­ te verläuft.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die elektrische, elektroni­ sche oder mechatronische Komponente durch das Abdichtelement gegen äußere Einflüsse vollständig geschützt ist, und daß das Abdichtelement gleichzeitig als Moderatorschicht dient, um eine direkte Wechselwirkung zwischen dem ersten Material des Wande­ lements und der Komponente bzw. den Bauelementen auf der Kompo­ nente zu verhindern. Insbesondere Temperaturschwankungen können so durch das Abdichtelement ausgeglichen werden.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Abdichtelement voll­ ständig mit dem ersten Material umspritzt.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß das Abdichtelement gegen äußere Einflüsse geschützt ist. Damit läßt sich ein Verschleiß des Abdichtelements sowohl aufgrund von mechanischer Beanspru­ chung als auch durch Medieneinflüsse verhindern. Der Verwen­ dungszyklus der Baueinheit wird somit nicht durch die Lebens­ dauer des Abdichtelements bestimmt.

In einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt das Aufbringen des zweiten Materials und/oder das Umspritzen des Abdichtelements mit dem ersten Material im Spritzgießverfahren.

Dieses Verfahren ermöglicht eine sehr kostengünstige und einfa­ che Fertigung. Insbesondere können die zur Fertigung von Bau­ einheiten bereits vorhandenen Anlagen ohne weiteres eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt somit keine Än­ derung der vorhandenen Technologie und ermöglicht dessen Umset­ zung innerhalb kurzer Zeit. Insbesondere sind nur geringe Inve­ stitionen erforderlich.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch von einer Baueinheit der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein Übergangsbereich zwischen Wandelement und Abdichtelement vorge­ sehen ist, wobei der Übergangsbereich durch Oberflächenverfor­ mungen des Abdichtelements und/oder durch eine Vermischung aus erstem und zweitem Material definiert ist.

Mit anderen Worten ist der Übergangsbereich eine Zone, die beim Umspritzen des noch nicht vollständig ausgehärteten Abdichtele­ ments mit dem ersten Material entsteht. Entweder mischt sich dieses erste Material mit dem noch nicht erstarrten zweiten Ma­ terial und bildet einen Mischbereich, oder das erste Material dringt beim Umspritzen zumindest stellenweise in die Oberfläche des Abdichtelements ein, so daß ein Verformungsbereich ent­ steht. Beiden Vorgängen, die selbstverständlich auch gleichzei­ tig auftreten können, ist gemein, daß sie die zunächst, d. h. kurz nach dem Auftragen des zweiten Materials zur Ausbildung des Abdichtelements, vorhandene klar definierte Geometrie des Abdichtelements auflösen. Nach dem Umspritzen des nicht ausge­ härteten Abdichtelements existiert keine geometrisch klare Grenzfläche mehr zwischen Wandelement und Abdichtelement.

Dieses Fehlen einer geometrisch klar definierten Grenzfläche führt zu dem Vorteil, daß die Entstehung von Spalten und damit Undichtigkeiten zwischen Wandelement und Abdichtelement bedingt durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der beiden un­ terschiedlichen Materialien unterbunden wird. Das Ergebnis ist eine ausgezeichnete und insbesondere auch gegenüber äußeren Einflüssen, insbesondere Temperaturschwankungen robuste Abdich­ tung. Zudem ist die Baueinheit - wie bereits erwähnt - kosten­ günstig herstellbar.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Baueinheit als Ge­ häuse zur Aufnahme einer elektrischen, elektronischen oder me­ chatronischen Komponente ausgebildet. Besonders bevorzugt um­ gibt das Abdichtelement auch die Komponente vollständig, und bildet das Wandelement das Gehäuse, wobei die zumindest eine Leitung von außen in das Wandelement eindringt und bis zu der Komponente verläuft. Bevorzugt ist die Leitung als elektrische, fluidische und/oder wärmeleitende Leitung ausgebildet. Beson­ ders bevorzugt ist ein elektrischer Leiter als Leitung vorgese­ hen, der eine elektrische Verbindung durch das Wandelement hin­ durch schafft.

Gerade im Bereich der Herstellung von elektrischen Verbindun­ gen, bspw. Steckkontakten, und gekapselten elektrischen, elek­ tronischen oder mechatronischen Komponenten hat sich die Erfin­ dung als besonders vorteilhaft herausgestellt, da einerseits die hohen Anforderungen an die Abdichtungsqualität erfüllt wer­ den können und andererseits kostengünstige, bisher schwer abzu­ dichtende Stanzteile als elektrische Leiter einsetzbar sind.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist das erste Material ein Thermoplast, vorzugsweise PBT, und/oder das zweite Material ein reaktives Polymergemisch, vorzugsweise ein Reaktionskleber.

Wie zuvor bereits ausgeführt, ist die Verwendung eines reaktiv vernetzenden Materials besonders vorteilhaft, da dieses Materi­ al einerseits sehr gute Hafteigenschaften, insbesondere auf me­ tallischen Oberflächen und auf thermoplastischen Materialien besitzt und andererseits temperaturstabil und robust gegenüber unterschiedlichsten Medien ist.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung wird nun anhand von zwei Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsge­ mäßen Baueinheit;

Fig. 1b eine schematische Schnittdarstellung der in Fig. 1a gezeigten Baueinheit;

Fig. 1c einen Ausschnitt eines Bereichs der in Fig. 1b ge­ zeigten Baueinheit;

Fig. 2a-2c einen Steckkontakt in perspektivischer Ansicht in drei Herstellungsstadien zur Erläuterung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des in Fig. 2c gezeig­ ten Steckers im Längsschnitt;

Fig. 4a eine perspektivische teilweise aufgebrochene Dar­ stellung einer modifizierten Baueinheit, die eine elektrische Baugruppe enthält; und

Fig. 4b eine Schnittdarstellung der in Fig. 4a gezeigten Baueinheit.

In Fig. 1 ist eine Baueinheit mit dem Bezugszeichen 10 gekenn­ zeichnet. Es handelt sich hierbei um eine abstrakte Darstel­ lung, die alleine zur Erläuterung der Erfindung dient. Diese Baueinheit 10 steht stellvertretend für eine Vielzahl von un­ terschiedlichen Bauelementen, die alle im wesentlichen den gleichen Aufbau haben. So kann die Baueinheit 10 bspw. einen elektrischen Stecker, ein Gehäuse mit einer elektrischen Bau­ einheit aber auch einen in einem Kunststoffgehäuse aufgenomme­ nen Schließzylinder eines Kraftfahrzeugs darstellen. Die vor­ liegende Erfindung selbst ist auf kein konkretes Bauelement eingeschränkt.

Die Baueinheit 10 umfaßt ein Wandelement 12, das einen Durch­ gang 13 aufweist. Dieser Durchgang 13 kann eine beliebige Geo­ metrie aufweisen und dient dazu, die Durchführung einer Leitung 20 durch das Wandelement 12 hindurch zu ermöglichen. Das Wande­ lement 12 kann bspw. Teil eines Gehäuses oder das Gehäuse selbst sein.

Auch die Leitung 20 ist abstrakt zu sehen, und soll eine Viel­ zahl von unterschiedlichen Bauelementen repräsentieren. So kann die Leitung 20 bspw. eine Schlauchleitung sein, die durch das Wandelement 12 hindurchgeführt werden soll. Die Leitung 20 kann aber auch als elektrische Leiterbahn mit rechteckigem Quer­ schnitt ausgebildet sein. Material, Länge und Querschnittsgeo­ metrie der Leitung 20 spielen im Hinblick auf die Erfindung keine Rolle.

Innerhalb des Durchangs 13 des Wandelements 12 ist ein Abdicht­ element 30 vorgesehen. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist dieses Abdichtelement 30 an den Rändern mit einer Schraffur versehen. Das Abdichtelement 30 weist die gleiche Geometrie wie der Durchgang 13 auf. Es versteht sich, daß das Abdichtelement 30 nicht auf die gezeichnete rechteckige Form beschränkt ist. Vielmehr kann das Abdichtelement 30 jede beliebige Form aufwei­ sen. Wie sich aus der nachfolgenden Beschreibung noch ergibt, wird die Form des Durchgangs 13 zumindest im Bereich des Ab­ dichtelements 30 durch dessen Form bestimmt.

Das Abdichtelement 30 umschließt einerseits die Leitung 20 in einem Längsabschnitt 22 und entlang des gesamten Umfangs voll­ ständig. Andererseits haftet das Abdichtelement an der Innen­ fläche des Durchgangs 13. Damit ergibt sich eine Abdichtung des Durchgangs 13 von der vorderen Seite des Wandelements 12 zu dessen hinterer Seite.

Das Wandelement 12 ist vorzugsweise aus einem Thermoplast her­ gestellt. Das ausgewählte Material muß so beschaffen sein, daß ein formstabiles hartes Wandelement ausbildbar ist. Demgegen­ über ist das Abdichtelement 30 vorzugsweise aus einem reaktiven Polymergemisch, insbesondere einem Reaktionskleber gebildet, der besonders gute Hafteigenschaften insbesondere auf Metall besitzt. Das reaktiv vernetzende Polymergemisch muß in der Lage sein, an der Oberfläche der Leitung 20 zu haften und dort eine gute Abdichtung zu gewährleisten. Ferner muß das Polymergemisch auch in der Lage sein, eine gute Verbindung mit dem Thermoplast des Wandelements 12 einzugehen. Selbstverständlich sind auch duroplastische Materialien verwendbar.

In Fig. 1a ist - in Längsrichtung der Leitung 20 gesehen - vor und hinter dem Abdichtelement 30 ein Übergangsbereich 60 ge­ zeigt, der aus Übersichtlichkeitsgründen mit einer Dop­ pelschraffur markiert ist. Ebenfalls aus Übersichtlichkeits­ gründen wurde auf die Einzeichnung entsprechender Übergangsbe­ reiche an den übrigen äußeren Flächen des Abdichtelements 30 verzichtet. Der Übergangsbereich 60 umgibt jedoch das Abdicht­ element 30 vollständig.

Bei dem vorgenannten Übergangsbereich 60 handelt es sich um ei­ nen Bereich, in dem sich das thermoplastische Material des Wandelements 12 mit dem Material des Abdichtelements 30 ver­ mischt hat, wobei die Konzentrationen der beiden Materialien in diesem Bereich variieren.

In Fig. 1b ist die beschriebene Baueinheit 10 im Querschnitt dargestellt. Deutlich zu erkennen ist das Abdichtelement 30 (schraffiert dargestellt), das in dem Durchgang 13 vorgesehen ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Durchgang 13 sowohl zu einer Rückseite 14 als auch zu einer Vorderseite 16 des Wandelements 12 geschlossen ausgebildet. Das heißt, daß an einer der Rückseite 14 und der Vorderseite 16 zugewandten Stirnfläche 31 des Abdichtelements 30 eine Fläche des Wandele­ ments 12 anliegt. Lediglich eine dem Querschnitt der Leitung 20 entsprechende Öffnung 15 ist vorgesehen, so daß die Leitung 20 weiterhin das Wandelement durchlaufen kann. Diese "Einkapselung" des Abdichtelements 30 hat den Vorteil, daß das Abdichtelement 30 vor äußeren Einflüssen geschützt wird.

Ferner ist in Fig. 1b der mit einer Doppelschraffur markierte Übergangsbereich 60 deutlich zu erkennen. Dieser Übergangsbe­ reich 60 umgibt das Abdichtelement 30 vollständig. In diesem Übergangsbereich 60 ist sowohl Material des Wandelements 12, also vorzugsweise ein thermoplastisches Material, als auch Ma­ terial des Abdichtelements 30, also vorzugsweise ein duropla­ stisches Material, vorhanden. Die Konzentration des Materials für das Wandelement 12 und das Abdichtelement 30 nimmt typi­ scherweise zum Wandelement 12 bzw. zum Abdichtelement 30 hin zu.

Eine Alternative zu dem Übergangsbereich 60 ist in Fig. 1c dar­ gestellt, wobei die bereits bekannten Bezugszeichen für gleiche Teile verwendet werden. Auch bei dieser Alternative ist ein Übergangsbereich 60' vorhanden, der jedoch einen anderen Aufbau als der Übergangsbereich 60 aufweist. Anstelle einer Material­ mischung ist der Übergangsbereich 60' durch Materialverformun­ gen 61 an der Oberfläche des Abdichtelements 30 definiert. Die­ se Verformungen 61 entstehen dadurch, daß Material des Wandele­ ments 12 beim Umspritzen des Abdichtelements 30 stellenweise in dieses eindringt oder Material des Abdichtelements verdrängt. Das Abdichtelement 30 verliert - wie auch in dem in Fig. 1b ge­ zeigten Fall - eine geometrisch klar definierte Grenzfläche, die in Fig. 1c gestrichelt angedeutet und mit dem Bezugszeichen 62 gekennzeichnet ist.

Nachfolgend wird mit Bezug auf die Fig. 2 das Verfahren zur Herstellung einer solchen Baueinheit 10 anhand einer konkreten Baueinheit, nämlich einem Stecker 110, beschrieben.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Stecker 110 ein Gehäuse 112 auf, das einen Durchgang 113 umfaßt. Innerhalb des Durchgangs 113 sind Steckkontakte 120 vorgesehen, die den Durchgang 113 durchgreifen und an der Rückseite 114 des Stec­ kers 110 zum Anschluß an eine elektrische Komponente frei lie­ gen. Dieser Stecker 110 ist in Fig. 2c dargestellt.

Zur Herstellung des Steckers 110 werden zunächst die Steckkon­ takte 120 hergestellt. Wie sich aus Fig. 2a ergibt, werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Leiterbahnen 121 aus ei­ nem elektrisch leitfähigen Material, bspw. Kupfer, ausgestanzt und zueinander ausgerichtet positioniert. Die länglichen Lei­ terbahnen 121 weisen einen ersten, als Steckabschnitt 123 be­ zeichneten Längsabschnitt auf, gefolgt von einem zweiten, als Dichtabschnitt 122 bezeichneten Längsabschnitt und einem drit­ ten als Anschlußabschnitt 124 bezeichneten Längsabschnitt. Die Leiterbahnen 121 erstrecken sich im Steckabschnitt 123 als auch im Anschlußabschnitt 124 parallel zueinander, wobei der Abstand zueinander im Steckabschnitt 123 größer als im Anschlußab­ schnitt 124 ist. Im mittleren Dichtabschnitt 122 weisen die Leiterbahnen 121 eine vergrößerte Oberfläche auf, die mit klei­ nen Löcher 126 versehen ist.

Die so ausgerichteten Leiterbahnen 121 werden anschließend im Bereich des Dichtabschnitts 122 mit einem Duroplast umspritzt bzw. umhüllt, um ein Abdichtelement 130 auszubilden. Wie in Fig. 2b gezeigt, umgibt dieses quaderförmige Abdichtelement 130 den Dichtabschnitt 122 jeder Leiterbahn 121 vollständig, d. h. über jeweils die gesamte Umfangsfläche. Zum Aufbringen des Ab­ dichtelements 130 wird das bekannte Spritzgießverfahren verwen­ det, so daß auf den Spritzgießvorgang selbst nicht weiter ein­ gegangen werden muß. Selbstverständlich sind auch andere Ver­ fahren denkbar.

Durch die vergrößerte Oberfläche der Leiterbahnen 121 im Dichtabschnitt 122 ergibt sich ein sehr stabiler kipp- und drehfester Halt innerhalb des Dichtelements 130. Zusätzlich sorgen die Öffnungen 126 auch für einen guten Halt in Längs­ richtung. Die vergrößerte Oberfläche kann auch zum Anbringen elektrischer Bauelemente, bspw. Kondensatoren, dienen.

Noch bevor das Abdichtelement 130 ausgehärtet ist, d. h. in ei­ nem Zustand, in dem das Abdichtelement zwar handhabbar aber an der Oberfläche noch verformbar oder mit dem ersten Material mischbar ist, wird diese Baugruppe in eine zweite Kavität ge­ legt, um das Gehäuse 112 auszubilden.

Dieses Gehäuse 112 wird ebenfalls im Wege des Spritzgießens hergestellt (auch hier sind andere Verfahren, wie Aufsprühen oder Aufdispensern denkbar), wobei die Spritzgußform so gewählt wird, daß das Abdichtelement 130 vollständig umspritzt werden kann. Da das Abdichtelement 130 beim Umspritzen noch nicht aus­ gehärtet ist, vermischt sich das noch nicht ausgehärtete Mate­ rial des Abdichtelements 130 mit dem Material des Gehäuses 112. Es entsteht so der zuvor erläuterte Übergangsbereich 60. Dar­ über hinaus verursacht das in die Spritzgußform hinein gedrück­ te thermoplastische Material Verformungen an der Oberfläche des Abdichtelements 130, die insbesondere im Bereich von Einspritz­ kanälen entstehen. Auch diese Verformungen 61, wie sie in Fig. lc beispielhaft dargestellt sind, definieren den Übergangsbe­ reich 60. Der Übergangsbereich 60 kann also sowohl Zonen auf­ weisen, in denen sich thermoplastisches Material mit duropla­ stischem Material vermischt hat, als auch Zonen, in denen das thermoplastische Material die Oberfläche des Abdichtelements 130 verformt hat. Auch die Kombination beider Fälle ist mög­ lich.

Sobald der im zweiten Spritzguß-Schritt verwendete Thermoplast erstarrt ist, ist der Stecker 110, wie in Fig. 2c dargestellt, fertig.

Wie sich aus der Schnittdarstellung in Fig. 3 ergibt, liegt der Steckabschnitt 123 innerhalb des Durchgangs 113 des Gehäuses 112, so daß durch Einstecken einer entsprechenden Steckerbuchse ein elektrischer Kontakt hergestellt werden kann. Deutlich zu erkennen ist das Abdichtelement 130, das von dem Gehäuse 112 vollständig umgeben ist und damit vor äußeren Einflüssen ge­ schützt ist. Darüber hinaus ist auch der Übergangsbereich 60 zu erkennen, der das Abdichtelement 130 umgibt.

Es zeigt sich also, daß die Herstellung eines solchen Steckers 110 mit sehr wenigen Herstellungsschritten durchführbar ist. Insbesondere muß das notwendige Abdichtelement nicht wie bisher nach dessen Fertigung auf die Leiterbahnen aufgebracht werden. Vielmehr erfolgt die Herstellung des Abdichtelements und dessen Aufbringen auf die Leiterbahnen in einem Schritt.

Der Einsatz eines duroplastischen Materials, vorzugsweise eines Epoxidharzes, für das Abdichtelement ist besonders vorteilhaft, da ein Polymergemisch, insbesondere ein Reaktionskleber, sehr gute Hafteigenschaften, insbesondere auf Metall, besitzt. Damit läßt sich eine Abdichtung hoher Qualität zwischen der Leitung, im vorliegenden Fall den Leiterbahnen 121 und dem Abdichtele­ ment 130 erzielen. Durch die Ausbildung eines Übergangsbereichs zwischen Abdichtelement und Gehäuse kann auch dieser hinsicht­ lich der Abdichtung bisher kritische Bereich entschärft werden, so daß auch hier eine sichere und dauerhafte Abdichtung gewähr­ leistet ist. Entscheidend für die Ausbildung dieses Übergangs­ bereichs ist dabei, daß das Abdichtelement noch vor dem Aushär­ ten umspritzt wird.

Eine zweite Ausführungsform einer Baueinheit 210 ist in Fig. 4a, 4b gezeigt. Zur Vereinfachung wurden gleiche Elemente wie in Fig. 1 mit den um eine "2" als Vorziffer ergänzten Bezugs­ zeichen bezeichnet, so daß auf die detaillierte Beschreibung der Fig. 1 verwiesen werden kann.

Die Baueinheit 210 umfaßt ein Gehäuse 211 mit einer darin auf­ genommenen elektrischen Baugruppe 270. Das Gehäuse 211 ist al­ leine aus dem Wandelement 212 gebildet. Das Wandelement 212 um­ gibt auch bei dieser Ausführungsform das Abdichtelement 230 vollständig. Die elektrische Baugruppe 270, die bspw. aus einer gedruckten Schaltung mit einem IC, Widerstände etc. besteht, ist von dem Abdichtelement 230 vollständig umgeben, d. h., daß die Baugruppe vollständig mit dem zweiten Material umspritzt ist.

Die elektrische Verbindung der eingekapselten Baugruppe 270 er­ folgt mit elektrischen Leiterbahnen 221, die das Abdichtelement und das Wandelement 212 durchlaufen und außerhalb des Gehäuses 211 zum Anschluß freiliegen. Es versteht sich, daß die elektri­ schen/elektronischen Bauelemente alternativ direkt auf den Lei­ terbahnen aufgebracht werden könnten, so daß das zusätzliche Substrat, wie in Fig. 4a gezeigt, entfällt.

In Fig. 4a und 4b ist zumindest stellenweise auch der Über­ gangsbereich 60 zu erkennen, der sich während des Umspritzens des Abdichtelements 230 - wie bereits erläutert - mit dem ersten Material ergibt. In diesem Übergangsbereich 60 ist die Oberflä­ che des Abdichtelements verformt oder das Material des Abdich­ telements hat sich mit dem ersten Material in einer äußersten Schicht des Abdichtelements vermischt.

Auch diese Ausführungsform profitiert von der guten Abdichtei­ genschaft des Übergangsbereichs und des zweiten Materials, das an der Leitung haftet. Darüber hinaus kommt die Baugruppe 270 nicht in direkten Kontakt mit dem Material des Gehäuses 211 bzw. des Wandelements 212. Dies hat insbesondere bei der Her­ stellung Vorteile, da die Komponente beim Umspritzen mit dem ersten Material gegen thermische, mechanische und/oder chemi­ sche Wechselwirkungen geschützt ist. Ferner dient das Abdichte­ lement während der Anwendung als Moderatorschicht insbesondere im Hinblick auf Temperaturschwankungen.

Am Ende sei nochmals angemerkt, daß die Erfindung nicht auf den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Stecker oder die in Fig. 4a und 4b gezeigte Baueinheit beschränkt ist. Vielmehr ist die Er­ findung zur Herstellung unterschiedlichster Baueinheiten ein­ setzbar.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung einer Baueinheit (10, 110, 210), die ein Wandelement (12, 112, 212) aus einem ersten Mate­ rial, zumindest eine in das Wandelement (212) eindringende oder das Wandelement (12, 112) durchgreifende Leitung (20, 120, 220) und ein zwischen der Leitung und dem Wandelement angeordnetes Abdichtelement (30, 130, 230) aus einem zwei­ ten Material umfaßt, gekennzeichnet durch die Schritte:

• - Aufbringen des zweiten Materials auf einen Abschnitt der zumindest einen Leitung (20, 120, 220) entlang des ge­ samten Umfangs der Leitung, um das Abdichtelement (30, 130, 230) zu erhalten; und
• - Umspritzen des Abdichtelements (30, 130, 230) mit dem ersten Material bevor das Abdichtelement ausgehärtet ist, um das Wandelement (12, 112, 212) zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material ein Thermoplast und/oder das zweite Materi­ al ein reaktives Polymergemisch, insbesondere ein Reak­ tionskleber ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Umspritzen des Abdichtelements (30, 130, 230) zwischen Abdichtelement (30, 130, 230) und Wandelement (12, 112, 212) ein Mischbereich (60, 260) aus dem ersten und dem zweiten Material und/oder ein Verfor­ mungsbereich (60') erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (20, 120, 220) aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise einem Metall hergestellt wird, um eine elektrische Verbindung zu bil­ den.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (20, 120, 220) einen be­ liebigen Querschnitt aufweist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (10) als Gehäuse oder Gehäusekomponente zur Aufnahme elektrischer, elektroni­ scher oder mechatronischer Komponenten (270) geformt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Komponente (270) mit dem zweiten Material umhüllt wird, so daß das Abdichtelement die Komponente (270) voll­ ständig umgibt, und daß das Abdichtelement (230) vollstän­ dig mit dem ersten Material umspritzt wird, so daß das Wandelement (212) das Gehäuse bildet, wobei die zumindest eine Leitung (220, 221) von außen in das Wandelement (212) eindringt und bis zu der Komponente (270) verläuft.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Abdichtelement (30) vollständig mit dem ersten Material umspritzt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen des zweiten Materials und/oder das Umspritzen des Abdichtelements mit dem ersten Material mit einem Spritzgießverfahren realisiert wird.

10. Baueinheit, die ein Wandelement (12, 112, 212) aus einem ersten Material, zumindest eine in das Wandelement (12, 112, 212) eindringende oder dieses durchgreifende Leitung (20, 120, 220) und ein zwischen der Leitung (20, 120, 220) und dem Wandelement (12, 112, 212) angeordnetes Abdichte­ lement (30, 130, 230) aus einem zweiten Material umfaßt, gekennzeichnet durch einen Übergangsbereich (60, 60') zwi­ schen Wandelement (12, 112, 212) und Abdichtelement (30, 130, 230), wobei der Übergangsbereich (60, 60') durch Oberflächenverformungen (61) des Abdichtelements und/oder durch eine Vermischung aus erstem und zweiten Material de­ finiert ist.

11. Baueinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Gehäuse zur Aufnahme einer elektrischen, elektro­ nischen oder mechatronischen Komponente (270) ausgebildet ist.

12. Baueinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente (270) von dem Abdichtelement (230) voll­ ständig umgeben ist, und daß das Wandelement (212) das Ab­ dichtelement (230) vollständig umgibt und das Gehäuse bil­ det, wobei die zumindest eine Leitung (220) von außen in das Wandelement (212) eindringt und bis zur Komponente (270) verläuft.

13. Baueinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Leitung (20, 120, 220) als elektri­ sche, fluidische und/oder wärmeleitende Leitung ausgebil­ det ist.

14. Baueinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (20, 120, 220) ein elektrischer Leiter ist, der eine elektrische Verbindung von außen in das Wandele­ ment (212) oder durch das Wandelement (12, 112) hindurch schafft.

15. Baueinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das erste Material ein Thermoplast, vor­ zugsweise PBT, und/oder das zweite Material ein reaktives Polymergemisch, vorzugsweise ein Reaktionskleber ist.