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Die
Erfindung betrifft eine Gehäusedurchführung für elektronische
Verbindungen sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Gehäusedurchführung mit
den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 bzw. 5.
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Bei
einer aus der US 2004/0192117 bekannten Gehäusedurchführung dieser Gattung wird ein elektrischer
Leiter, welcher in einem Teilbereich mit einer Profilierung versehen
ist, mit einem Kunststoff umgossen. Bei dem Gussvorgang setzt sich
Kunststoffmaterial in den Vertiefungen der profilierten Teilbereiche
ab und fixiert somit den Leiter an einer vordefinierten Stelle in
dem Gehäuse.
Die Profilierung des Leiters dient dabei auch der Abdichtung der
Gehäusedurchführung bzw.
des elektrischen Kontakts. Durch die Profilierung wird die Grenzfläche zwischen dem
Leiter und dem Kunststoff vergrößert. Dabei
verlängert
sich auch der Weg den eine eindringende Flüssigkeit oder andere Substanz
nehmen müsste, um
ins Innere des Gehäuses
zu gelangen. Die vielen Absätze
und Kanten innerhalb des profilierten Teilbereichs stellen dabei
ein zusätzliches
Hindernis für
das eindringende Medium dar. Die Profilierung des Leiters fungiert
damit als Labyrinthdichtung.
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Ein
Nachteil solcher Labyrinthdichtungen ist ihre Länge. Je nach geforderter Dichtheit
von Spritzwasserschutz bis hin zu Lösemittel- oder gar Gasdichtheit,
kann diese Art der Dichtung relativ lange profilierte Teilbereiche
erfordem. Dies führt
zu relativ großen
Gehäuseabmessungen.
Da die Profilierung des Leiters in der Regel durch aufwendige Fertigungsverfahren
wie Prägen
oder Fräsen
erfolgt, ist die Herstellung solcher Dichtungen zudem teuer. Ein weiteres
Problem dieser Dichtung sind die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten
des Leitermaterials und des Kunststoffs. Der sich bei einer vorgegebenen
Temperatur als ausreichend erweisende Kapillar- bzw. Dichtspalt
zwischen dem Leitermaterial und dem Gehäusekunststoff kann sich durch
Temperaturerhöhung
derart vergrößem, dass
eine ausreichende Dichtung nicht mehr gegeben ist, da sich der Kunststoff
wesentlich schneller als das in der Regel metallene Leitermaterial
ausdehnt.
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Die
US 2,438,993 beschreibt
ein Blitzlicht, welches ebenfalls eine Gehäusedurchführung der eingangs genannten
Gattung aufweist. Die Grenzfläche
zwischen dem Leiterelement und dem Gehäuseelement wird mit Hilfe einer
Celluloseschicht abgedichtet.
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Dieses
relativ alte Verfahren ist heute nicht mehr zeitgemäß. Das Einbringen
der Cellulose erfordert nicht nur ein weiteres separates Bauteil
sondern auch zusätzliche
Arbeitsschritte. Zudem ist die Cellulose heutigen Qualitätsanforderungen
hinsichtlich Dichtheit und Brandschutz oft nicht gewachsen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gehäusedurchführung der
eingangs genannten Gattung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer
solchen Gehäusedurchführung dahingehend zu
verbessern, dass die Gehäusedurchführung trotz einfacher
Bauweise gegen das Eindringen unerwünschter Substanzen gedichtet
ist und zudem technisch einfach herzustellen ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer
Gehäusedurchführung mit
den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Die
erhöhte
Rautiefe gewährleistet
eine verbesserte Adhäsion
zwischen Gehäusematerial
und Leiterelement. Diese erhöhte
Rautiefe wird entgegen der gängigen
Anwendung durch Galvanisieren erzielt. Obwohl das Galvanisieren
bis dato lediglich zu Oberflächenvergütung und
damit zur Reduzierung der Rautiefe von Oberflächen eingesetzt wird, dient es
hier dem gegenteiligen Zweck. Durch das Galvanisieren, welches sich
besonders einfach in den Herstellungsprozess des Leiterelements
integrieren lässt,
entsteht eine zerklüftete
Oberflächenstruktur des
Leiterelements. Beim Einbetten des Leiterelements gelangt das Material
des Gehäuseelements direkt
in die Vertiefungen in der Oberfläche des Leiterelements und
gewährleistet
so eine gute Fixierung des Leiterelements in dem Gehäuse sowie
eine gute Dichtung der Gehäusedurchführung. Das
Gehäuseelement
und das Leiterelement besitzen in der Regel unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten
und verhalten sich daher bei Temperaturschwankungen unterschiedlich.
Doch selbst in diesem Fall gewährleistet
die erfindungsgemäße Gehäusedurchführung eine
gute Dichtheit, da sich das Material des Gehäuseelements bei Temperaturschwankungen
in den Vertiefungen der zerklüfteten
Oberfläche
des Leiterelements verspreizt.
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In
einer Variante der Erfindung kann die Rautiefe des Leiterelements
im Dichtbereich im Bereich von 5 bis 40 μm, vorzugsweise von 10 bis 30 μm und insbesondere
von 10 bis 20 μm
liegen. Diese Rautiefen lassen sich durch Galvanisieren gut herstellen und
gewährleisten
eine gute Dichtung der Gehäusedurchführung.
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Vorteilhafterweise
kann das Beschichtungsmaterial Zinn, Zink, Kupfer, Gold, Silber,
Nickel und/oder Chrom enthalten. Diese Materialien eignen sich gut
zum Galvanisieren sowie zur Herstellung der gewünschten Rautiefe.
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In
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung kann das Leiterelement nur zu einem Teil galvanisiert
sein. Durch das lediglich teilweise Galvanisieren des Leiterelements
entspricht das restliche Leiterelement einem üblichen Leiter. Der galvanisierte
Bereich kann so speziell für
die Dichtfunktion in dem eingebetteten Bereich des Leiterelements
ausgebildet sein.
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Die
Aufgabe wird verfahrensseitig ferner gelöst durch die Merkmale des Anspruchs
5.
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Durch
die Erhöhung
der Rautiefe in einem Dichtbereich des Leiterelements wird die Fixierung des
Leiterelements in dem Gehäuseelement
verbessert. Zugleich wird die Gehäusedurchführung gegen das Eindringen
unerwünschter
Substanzen abgedichtet. Der Galvanisierungsprozess lässt sich
besonders gut in das Herstellungsverfahren des Leiterelements integrieren
und wird hier entgegen bisher üblichen
Verfahren zur Erzeugung einer zerklüfteten Oberflächenstruktur
auf dem Leiterelement eingesetzt. Beim Umgießen des Leiterelements setzt
sich Material des Gehäuseelements
direkt in die Vertiefungen der zerklüfteten Oberfläche und
dichtet so die Gehäusedurchführung. Bei
eventuell auftretenden Temperaturschwankungen verspreizt sich das
Gehäusematerial
in den Vertiefungen des Leiterelements und gewährleistet selbst dann eine
gute Dichtheit der Gehäusedurchführung.
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Vorteilhafterweise
kann das Leiterelement durch den galvanischen Prozess eine Rautiefe
im Bereich von 5 bis 40 μm,
vorzugsweise 10 bis 30 μm und
insbesondere 10 bis 20 μm
erhalten. Diese Rautiefe lässt
sich technisch gut herstellen und gewährleistet eine gute Fixierung
des Leiterelements sowie eine gute Dichtung der Gehäusedurchführung.
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Insbesondere
kann die Rautiefe des Leiterelements durch die Steuerung der Konzentration
des abzuscheidenden Materials in dem Galvanikbad erhöht werden.
Durch diese Konzentration, welche geringer ist als die bis dato
in den galvanischen Beschichtungsverfahren für elektrische Kontakte übliche Konzentration,
lassen sich die gewünschten Rautiefen
in dem galvanischen Prozess gut erzielen.
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In
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung kann die Rautiefe des Leiterelements durch die Steuerung
der Umwälzung
und/oder einer Spülung
in dem Galvanikbad erhöht
werden. Durch die im Gegensatz zu bisherigen Galvanikprozessen in
diesem Bereich geringe Umwälzung
bzw. die gute Spülung
gelangt weniger abzuscheidendes Material von der Anode zur Katode.
So lässt
sich die durch den galvanischen Prozess entstehende Rautiefe gut steuern.
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Vorteilhafterweise
kann die Rautiefe des Leiterelements durch die Steuerung der Stromdichte während des
galvanischen Prozesses erhöht
werden. Durch diese im Vergleich zu herkömmlichen Beschichtungsverfahren
in der Produktion elektrischer Leiter relativ hohe Stromdichte lässt sich
die gewünschte
Rauigkeit gut einstellen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann das Galvanikbad des galvanischen Prozesses glanzbildnerfrei
sei. So lässt
sich die Rauigkeit besonders gut über die Parameter Konzentration,
Umwälzung
und Stromdichte des Galvanikbads einstellen.
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Insbesondere
können
dem Galvanikbad des galvanischen Prozesses Stabilisatoren zugegeben werden.
Diese sorgen je nach Art für
die Aufrechterhaltung einer gleichmäßig verteilten Konzentration
in dem Galvanikbad oder für
die chemisch einwandfreie Zusammensetzung des Galvanikbad.
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Vorteilhafterweise
kann das Leiterelement nur zu einem Teil galvanisiert werden. Dieser
Teilbereich des Leiterelements kann so speziell für die Dichtfunktion
ausgebildet sein. Die Rautiefe kann so gezielt, in dem Einbettungsbereich
des Leiterelements in der Gehäusedurchführung erhöht werden.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Gehäusedurchführung anhand
einer Zeichnung beschrieben. Dabei zeigen:
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1 die
halb aufgebrochene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Gehäusedurchführung,
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2 einen
Querschnitt durch den Dichtbereich der erfindungsgemäßen Gehäusedurchführung und
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3 eine
schematische Darstellung des galvanischen Prozesses.
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1 zeigt
die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Gehäusedurchführung, welche hier in einem
Stecker angeordnet ist. Unter den Begriff Stecker fallen sowohl
männliche
als auch weibliche Stecker. Die Erfindung wird hier jedoch anhand
eines männlichen
Steckers beschrieben.
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Die
Gehäusedurchführung 1 besteht
aus einem Leiterelement 2, aus welchem die freien Enden 4 von
Leiterelementen 3 herausragen. Der Ausbruch 5 zeigt
ein Leiterelement 3, welches in einem Abschnitt 6 in
das Gehäuseelement 2 eingebettet
ist. In diesem Abschnitt 6 ist das Leiterelement 3 in
der Gehäusedurchführung 1 fixiert.
Im Innern des Gehäuseelements 1 befindet
sich das innere freiliegende Ende 7 des Leiterelements 3,
welches mit einer elektrischen Leitung 8 verbunden ist.
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Um
das Eindringen unerwünschter
Substanzen entlang der Grenzfläche
zwischen dem Leiterelement 3 und dem Gehäuseelement 2 in
das Gehäuseinnere
zu verhindern, ist in dem Abschnitt 6 ein Dichtbereich 9 vorgesehen.
Das Leiterelement 3 weist in diesem Dichtbereich 9 eine
durch Galvanisieren erhöhte
Rautiefe auf.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist die Rautiefe über
den gesamten Dichtbereich etwa konstant und wurde durch Galvanisieren
eines ringartigen Teilbereichs des Leiterelements erzeugt. Denkbar
sind jedoch auch Ausführungsformen,
bei welchen die Rautiefe innerhalb des Dichtbereichs 9 schwankt.
So können
in dem Dichtbereich 9 z.B. mehrere zueinander beabstandete
ringartige Zonen erhöhter
Rautiefe vorgesehen sein. Zudem kann anstatt eines Teilbereichs,
wie hier, alternativ zunächst
auch der ganze Leiter gal vanisiert werden, bevor er weiterverarbeitet wird.
Je nach Anforderungen kann über
die Prozessparameter Konzentration, Umwälzung und Stromdichte die gewünschte Rautiefe
sowie der Verlauf der Rautiefe über
die gesamte Leiteroberfläche
eingestellt werden.
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2 zeigt
einen Querschnitt durch den Dichtbereich 9 eines Leiterelements 3.
Die in 1 verwendeten Bezugszeichen bezeichnen dieselben Teile
wie in 2, so dass diesbezüglich auf die Beschreibung
von 1 verwiesen wird. Das Leiterelement 3 hat
in diesem Ausführungsbeispiel
einen rechteckigen Querschnitt. Alternativ sind jedoch auch andere
Querschnittsformen wie z.B. runde, ovale oder quadratische Querschnitte
denkbar.
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2 zeigt
die aufgeraute, zerklüftete
Oberflächenstruktur 10 des
Leiterelements 3 in Vergrößerung. Diese Oberflächenstruktur 10 ist
durch die Galvanisierung des Leiterelements 3 mit einem
Beschichtungsmaterial auf Zinnbasis erzeugt worden. Alternativ sind
jedoch auch Beschichtungsmaterialien auf Zink-, Kupfer-, Gold-,
Silber-, Nickel- und/oder Chrombasis
denkbar. Die Rautiefe dieser Oberflächenstruktur 10 liegt
bei etwa 15 μm.
Um eine gute Dichtheit der Gehäusedurchführung zu
erzielen sind jedoch auch andere Rautiefen im Bereich zwischen etwa
5 bis etwa 40 μm
möglich.
Bei dem Umspritzen oder Umgießen
des Leiterelements 3 mit Material des Gehäuseelements 2 fließt dieses
in die Vertiefungen und Kanten der Oberflächenstruktur 10 und
verankert sich so in der Oberfläche
des Leiterelements 3. Dadurch entsteht eine feste Verbindung,
welche die Gehäusedurchführung 1 gut
dichtet.
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3 stellt
den galvanischen Prozess schematisch dar. Die in den 1 und 2 verwendeten
Bezugszeichen bezeichnen dieselben Teile wie in 3,
so dass diesbezüglich
auf die Beschreibung der 1 und 2 verwiesen
wird. Das Leiterelement 3 als auch das Beschichtungsmaterial 11 werden
hier in ein Galvanik- bzw. Elektrolytbad 12 getaucht. Beide
Elektroden 3 und 11 werden an eine Stromquelle 13 angeschlossen.
Am Pluspol, der Anode, befindet sich das Beschichtungsmaterial 11 und am
Minuspol, der Katode, das zu beschichtende Leiterelement 3.
Durch Anlegen eines elektrischen Stroms an die beiden Elektroden 3 und 11 fließt ein Strom
durch das Galvanikbad 12. Dieser kann mit Hilfe eines Strommessgeräts 14,
welches gleichzeitig eine Regulierung der Stromstärke erlaubt,
gemessen bzw. eingestellt werden.
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Ein
Umwälzmechanismus 15 erlaubt
dabei ein Durchmischen des Galvanikbads 12. Gleichzeitig kann über diesen
Umwälzmechanismus 15 eine
Spülung
des Bads 12 vorgesehen sein.
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Die
geforderte Rautiefe lässt
sich während des
Galvanisierungsprozesses insbesondere durch die Prozessparameter
Konzentration des abzuscheidenden Materials in dem Galvanikbad,
Umwälzung bzw.
Spülung
des Galvanikbads 12 sowie die angelegte Stromdichte steuern.
So führt
eine verringerte Konzentration des abzuscheidenden Materials in dem
Galvanikbad bei gleichzeitig konstanter oder gar erhöhter Stromdichte
dazu, dass sich keine vollkommen glatte Oberfläche ausbildet. Im Vergleich
zu dem durch die Stromdichte bedingten Schichtwachstum sind zu wenige
Atome bzw. Moleküle
des Beschichtungsmaterials 12 vorhanden. Dadurch entsteht
eine unregelmäßige, raue
Oberfläche.
Analoges gilt für die
Umwälzung
des Galvanikbads 12. Durch eine geringe Umwälzung gelangen
weniger Teilchen des abzuscheidenden Materials an die Kathode. Bei
gleich bleibend hoher Stromdichte entsteht auch hier eine unvollkommene
und daher raue Oberfläche.
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Um
diesen Prozess zu unterstützen,
kann auf bestimmte Additive wie z.B. Glanzbildner verzichtet werden.
Diese werden herkömmlichen
Galvanikbädern
zugesetzt um möglichst
glatte und daher hochglänzende
Oberflächen
zu erhalten.
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Um
eine gleichmäßige Konzentrationsverteilung
innerhalb des Galvanikbads zu erreichen und/oder unerwünschte Prozesse
in dem Bad wie z.B. Faulen zu verhindern, können dem Galvanikbad Stabilisatoren
zugesetzt werden.
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Im
Folgenden wird die Wirkungsweise des in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung erläutert.
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Beim
Einbetten des Leiterelements 3 in das Gehäuseelement 2 werden
die Vertiefungen 11 der Oberflächenstruktur 10 mit
Material des Gehäuseelements 2 gefüllt. Durch
die Verankerung des Gehäusematerials
in den zahlreichen Vertiefungen und Kanten der Oberflächenstruktur 10 ist
das Leiterelement 3 in dem Gehäuseelement 2 fixiert
und kann durch Krafteinwirkung nicht mehr aus seiner Position bewegt
werden. Diese Verankerung des Gehäusematerials gewährleistet
gleichzeitig die gute Abdichtung der Ge häusedurchführung gegen das Eindringen
unerwünschter
Substanzen. Das Gehäusematerial
füllt die
Vertiefungen 11 der Oberflächenstruktur 10 vollständig aus.
Selbst bei Temperaturschwankungen, bei welchen sich das Gehäuseelement 2 und das
Leiterelement 3 in der Regel unterschiedlich ausdehnen,
verspreizt sich das Material des Gehäuseelements in den Vertiefungen
und Kanten der Oberflächenstruktur 10 und
gewährleistet
so auch dann eine gute Dichtheit der Gehäusedurchführung.