DE102006047937A1

DE102006047937A1 - Gespritztes Kunststoffbauteil mit Einlegeteil

Info

Publication number: DE102006047937A1
Application number: DE200610047937
Authority: DE
Inventors: Martin Schuerer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2008-04-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein gespritztes Kunststoffbauteil (1) mit mindestens einem metallischen, zumindest bereichsweise umspritzen Einlegeteil (4). Es ist vorgesehen, dass das Einlegeteil (4) zumindest im umspritzten Bereich (16) eine Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung (18) aufweist, deren Schmelzpunkt kleiner oder gleich der Temperatur des Kunststoffs des Kunststoffbauteils (1) beim Spritzen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein gespritztes Kunststoffbauteil nach Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Gespritzte Kunststoffbauteile mit metallischen Einlegeteilen sind bekannt. Sie werden insbesondere in der Elektrotechnik und Elektronik verwendet, wo sie als Gehäuse oder Gehäuseteile in vielfältigsten Ausführungen vorkommen. In vielen Anwendungen besteht die Anforderung, dass die Kunststoffbauteile, insbesondere als Gehäusebauteile, Einlegeteile nach außen führen, also beispielsweise aus dem Inneren des Gehäuses heraus, wo die Einlegeteile zur Befestigung oder Kontaktierung dienen. Hierbei besteht im Regelfall die Anforderung, dass die Einlegeteile dicht umspritzt sein müssen, dass also zwischen dem Einlegeteil und dem Kunststoffbauteil kein Durchtritt von Gasen oder insbesondere Flüssigkeiten möglich ist. Das Schwindungsverhalten des Kunststoffes und die häufig komplizierte Geometrie der Kunststoffbauteile verhindert jedoch ein völlig dichtes Umspritzen der Einlegeteile nach heutigem Stand der Technik, insbesondere, da die Einlegeteile und der Kunststoff unterschiedliche Temperaturkoeffizienten aufweisen. Auch in nachfolgenden Prozessschritten, beispielsweise der Anbringung weiterer Kunststoffbauteile etwa durch Laserdurchstrahlschweißen, muss sichergestellt werden, dass die Kunststoffbauteile keine Leckagepfade im Bereich des umspritzten Einlegeteils aufweisen.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, gespritzte Kunststoffbauteile mit umspritzten Einlegeteilen bereitzustellen, die die genannten Nachteile nicht aufweisen.
Hierzu wird ein gespritztes Kunststoffbauteil mit mindestens einem metallischen, zumindest bereichsweise umspritzten Einlegeteil vorgeschlagen. Es ist vorgesehen, dass das Einlegeteil zumindest im umspritzten Bereich eine Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung aufweist, deren Schmelzpunkt kleiner oder gleich der Temperatur des Kunststoffbauteils beim Spritzen ist. Auf das Einlegeteil wird folglich in dem Bereich, oder zumindest in dem Bereich, der bei der Herstellung des Kunststoffbauteils umspritzt wird, eine Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung aufgebracht, bevor das Einlegeteil mit dem Kunststoff umspritzt wird. Der Schmelzpunkt der Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung ist hierbei so gewählt, dass er kleiner oder gleich der Temperatur ist, die der Kunststoff des Kunststoffbauteils beim Spritzen aufweist. Hierdurch schmilzt die Oberfläche der Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung, die auf dem Einlegeteil aufgebracht ist, während des Umspritzens mit dem Kunststoff an, wodurch sich eine bessere, innigere Verbindung zwischen dem Einlegeteil und dem Kunststoffbauteil im Bereich der sich jeweils zugewandten Oberflächen ergibt. Durch das Anschmelzen und Wiedererstarren und hierbei teilweise Ineinander-Übergehen der Oberflächen der Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung und des Kunststoffes des Kunststoffbauteils ist sichergestellt, dass eine vollständig dichte, keine Leckagepfade aufweisende Umschließung des Einlegeteils durch den Kunststoff erfolgt. Die durch unterschiedliches Schwindungsverhalten beziehungsweise thermisches Ausdehnungsverhalten während des Spritzvorgangs erzeugten, bekannten Probleme sind hierbei praktisch vernachlässigbar.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung Zinn ist oder einen Zinnanteil aufweist. Zinn ist ein in der technischen Industrie, insbesondere der Elektronikindustrie, weit verbreiteter, geläufiger Werkstoff mit hervorragenden Verbindungseigenschaften, die unter Anderem durch seinen relativ niedrigen Schmelzpunkt bedingt sind. Gerade Zinn ist für das Aufbringen der Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung sehr gut geeignet, da es leicht zu verarbeiten und in der jeweils relevanten Industrie ohne Weiteres und preiswert verfügbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung eine Metalllotschicht ist. Mit Metalllot ist hierbei gemeint, dass ein aufgrund seiner thermischen Eigenschaften, insbesondere seines Schmelzpunktes, geeignetes, üblicherweise als Lot Verwendung findendes Metall oder Metalllegierung aufgebracht wird. Besonders vorteilhaft ist hierbei beispielsweise die Verwendung des in der Elektronik geläufigen Zinn-Blei-Lots SnPb10, das sich in sehr einfacher Art und Weise auf die metallischen Einlegeteile aufbringen lässt und überdies aufgrund seines Schmelzpunktes eine sehr innige Verbindung mit dem Kunststoff des Kunststoffbauteils während des Spritzens eingeht.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Einlegeteil ein elektrischer Leiter. Gerade in der Anwendung von Gehäusedurchdringungen, die der Kontaktierung von in einem Kunststoffgehäuse angeordneten elektrischen Schaltungen nach außen dienen, lassen sich diese Bauteile besonders vorteilhaft einsetzen, da es gerade hier auf eine besonders wirksame Abdichtung des Gehäuseinnenraums zur Umwelt hin ankommt, aber auf einfache und kostengünstige Art und Weise die Kontaktierung der im Gehäuse befindlichen Schaltung nach außen gewährleistet sein muss.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der elektrische Leiter ein Steckkontakt. Das Einlegeteil ist demzufolge so ausgebildet, dass es ohne Weiteres zur Herstellung von Steckverbindungen dienen kann, es also beispielsweise die Form und Geometrie der im Stand der Technik gebräuchlichen und geläufigen Steckkontakte oder deren verschiedener Ausführungsformen, beispielsweise als Messerkontakte, aufweist, zumindest in einem seiner Abschnitte, die aus dem Kunststoffbauteil heraustreten. Auf diese Weise lassen sich ganz besonders einfach etwa Kontakt- beziehungsweise Steckerleisten herstellen, indem die Steckkontakte als Einlegeteile eingespritzt werden.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kunststoffbauteil als Gehäusebauteil eines Gehäuses ausgebildet ist. Das Kunststoffbauteil wird demzufolge so hergestellt, dass es als Gehäusebauteil dienen kann, etwa als Gehäusehalbschale, und hierbei bereits als Einlegeteile die das Gehäusebauteil durchdringenden Komponenten enthält.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kunststoff ein glasfaserverstärkter Kunststoff. Glasfaserverstärkte Kunststoffe werden im Gehäusebau und in der Herstellung von Steckverbindungsteilen sehr häufig verwendet, da sie außerordentlich günstige Eigenschaften für diese Verwendungszwecke aufweisen. Beispielsweise können hier Polypropylene mit einem Glasfaseranteil verwendet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Polybutylenterephtalat. Auch dieser Kunststoff weist besonders vorteilhafte Eigenschaften für die genannten Verwendungen auf.
Weiter wird ein Verfahren zur Herstellung eines gespritzten Kunststoffbauteils mit mindestens einem darin, zumindest teilweise eingebetteten, metallischen Einlegeteil vorgeschlagen, welches durch die Schritte gekennzeichnet ist:

– Aufbringen eines Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung auf mindestens einen Bereich des Einlegeteils;
– Umspritzen des Bereichs des Einlegeteils mit Kunststoff und dabei erfolgendes Schmelzen oder Anschmelzen der Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung.

In dieser Verfahrensausgestaltung wird die vorstehend näher beschriebene, innige Verbindung zwischen dem Kunststoff des Kunststoffbauteils mit dem metallischen Einlegeteil während des Spritzvorgangs sichergestellt. Das Aufbringen der Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung auf mindestens einen Bereich des Einlegeteils kann hierbei durch die im Stand der Technik bekannten, konventionellen Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Aufschmelzen, Auflöten, durch ein Tauchbad oder nach einem galvanischen Verfahren.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen oder aus Kombinationen derselben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
1 ein Kunststoffbauteil mit einem darin teilweise eingebetteten metallischen Einlegeteil, nämlich einem Steckkontakt, und
2 eine Detaildarstellung des metallischen Einlegeteils mit dem umspritzen Bereich.
Ausführungsform(en) der Erfindung
1 zeigt ein gespritztes Kunststoffbauteil 1, nämlich ein Gehäusebauteil 2 eines Steckverbinders 3. In das Kunststoffbauteil 1 ist ein metallisches Einlegeteil 4 in einer Bodenwandung 5 und einer Seitenwandung 6 eingelassen, wobei das Einlegeteil 4 gekröpft, also zwei Mal um etwa 90° richtungsgewechselt gebogen ist und in einem Durchdringungsabschnitt 7 die Seitenwand 6 des Gehäusebauteils 2 nach außen hin durchtritt, wobei es in einen innerhalb eines Steckerüberfangs 8 gelegenen Freiraum 9, der zur Umwelt hin in Kontakt steht, tritt. Der Steckerüberfang 8 ist Teil des Gehäusebauteils 2. Der in den Freiraum 9 hineinragende Teil des Einlegeteils 4 ist als Kontaktstift 10 ausgebildet, wobei das Einlegeteil 4 insgesamt ein elektrischer Leiter 11, nämlich insbesondere ein Steckkontakt 12 ist. Der elektrische Leiter 11 steht auf eine hier nicht näher dargestellte, nicht erfindungswesentliche Art und Weise mit weiteren Verbindern 13 in einem Gehäuseinnenraum 14 eines durch das Gehäusebauteil 2, im Regelfall zusammen mit anderen Bauteilen gebildeten Gehäuses 15 in Verbindung. Wesentlich ist nun eine möglichst vollständige, leckagefreie Abdichtung des Gehäuseinnenraums 14 zum Freiraum 9 beziehungsweise der das Gehäuse 15 umgebenden Umwelt im Bereich des Durchdringungsabschnittes 7. Der Durchdringungsabschnitt 7 setzt sich innerhalb der Seitenwandung 6 als von dem Material des Kunststoffteils 1 umspritzter Bereich 16 fort; dies ist der Bereich, in dem das Einlegeteil 4 während der Herstellung des Kunststoffbauteils 1 vollständig mit einem Kunststoff 17, aus dem das Kunststoffbauteil 1 gebildet wird, umspritzt wird.
2 zeigt das Einlegeteil 4 aus 1, wobei zur Verdeutlichung das Kunststoffbauteil 1 weggelassen ist. Im umspritzten Bereich 16, und zwar mindestens dort, gegebenenfalls auch über den umspritzten Bereich 16 hinaus, ist auf das Einlegeteil 4 eine Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung 18 aufgebracht, die mindestens von dem Durchdringungsabschnitt 7 ausgehend einen Teil des umspritzten Bereichs 16 oder, wie hier, den umspritzten Bereich 16 vollständig erfasst. Die Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung 18 ist als Metalllotschicht 19 ausgebildet, die auf das Einlegeteil 4 vor dem Umspritzen, also vor der Herstellung des hier nicht dargestellten Kunststoffbauteils 1, ausgeschmolzen wird. Die Metalllotschicht ist vorzugsweise ein gebräuchliches Zinnlot 20, etwa SnPb10. Wird nun während der Herstellung des hier nicht dargestellten Kunststoffbauteils 1 durch Spritzen des Kunststoffes 17 der umspritzte Bereich 16 mit dem Kunststoff 17 gefüllt, bildet sich zwischen dem eingespritzten Kunststoff 17 und dem Zinnlot 20 an dessen Beschichtungsoberfläche 21 ein Schmelzbereich 22 aus, in dem das Zinnlot 20 anschmilzt und sich mit dem heißen Kunststoff 17 innig verbindet. Beim Abkühlen des Kunststoffs 17 und des angeschmolzenen Zinnlots 20 im Schmelzbereich 22 wirkt sich das Schwindungsverhalten des Kunststoffes 17 relativ zum Einlegeteil 4 aufgrund der im Schmelzbereich 22 eingegangenen innigen Verbindung nicht mehr gravierend aus, so dass sich keine Leckagen zwischen dem Einlegeteil 4 und dem dann erstarrten Kunststoff 17 (nicht dargestelltes Kunststoffbauteil 1) ergeben. Insbesondere der Durchdringungsabschnitt 7 ist im Verlauf des Einlegeteils 4 innerhalb des umspritzten Bereichs 16 sehr gut zur Umgebung hin abgedichtet.

Claims

Gespritztes Kunststoffbauteil mit mindestens einem metallischen, zumindest bereichsweise umspritzten Einlegeteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (4) zumindest im umspritzten Bereich (16) eine Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung (18) aufweist, deren Schmelzpunkt kleiner oder gleich der Temperatur des Kunststoffs (17) des Kunststoffbauteils (1) beim Spritzen ist.
Kunststoffbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung (18) Zinn ist oder einen Zinnanteil aufweist.
Kunststoffbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung (18) eine Metalllotschicht (19) ist.
Kunststoffbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (4) ein elektrischer Leiter (11) ist.
Kunststoffbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (11) ein Steckkontakt (12) ist.
Kunststoffbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffbauteil (1) als Gehäusebauteil (2) eines Gehäuses (15) ausgebildet ist.
Kunststoffbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff (17) ein glasfaserverstärkter Kunststoff ist.
Kunststoffbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff (17) ein Polybutylenterephtalat ist.
Verfahren zur Herstellung eines gespritzten Kunststoffbauteils mit mindestens einem darin, zumindest teilweise, eingebetteten, metallischen Einlegeteil, gekennzeichnet durch – Aufbringen einer Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung (18) auf mindestens einen Bereich des Einlegeteils (4); – Umspritzen des Bereichs des Einlegeteils (4) mit Kunststoff und dabei erfolgendem Schmelzen oder Anschmelzen der Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung (18).