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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung für einen wenigstens teilweise
mit Kunststoff umspritzten Kontaktstift an dem ein zumindest teilweise in
dem Spritzguss eingebettetes und durch den Spritzguss komprimiertes
Dichtmittel anliegt, das in radialer Richtung durch ein Widerlager
abgestützt
ist.
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Um
zum Beispiel eine Leiterplatte vor Umwelteinflüssen, wie benetzend wirkende
Stoffe, die ein Kriechverhalten aufweisen (im Folgenden Kriechstoffe
genannt), zu schützen,
ist es bekannt, die Leiterplatte zumindest teilweise mit einem Kunststoff
zu umspritzen. Zur elektrischen Kontaktierung werden Kontaktstifte
verwendet, die über
den Kunststoff hervorstehen und beispielsweise mit einem Stecker
kontaktiert werden können.
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Der
Kunststoff und die Kontaktstifte haben eine unterschiedliche Wärmeausdehnung,
so dass der Kunststoff nach dem Spritzguss auf den Kontaktstift
aufschrumpft. Daher ist zu erwarten, dass der Kunststoff im Bereich
des Kontaktstifts die größte Dichte
aufweist. Der Kunststoff schrumpft auf Grund der Materialspannungen
jedoch nicht gleichmäßig auf
den Kontaktstift auf, so dass sich stets ein kleiner Kapillarspalt
bildet, ein Kriechpfad, durch den Kriechstoffe aus der Umgebung
zur Leiterplatte gelangen können,
wodurch die elektronischen Bauteile beschädigt werden können. Im
Laufe der Lebensdauer öffnet
sich durch Relaxation des Kunststoffes oder durch Verschleiß durch
Beanspruchung der Kriechpfad in der Regel weiter.
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Solche
Kriechpfade lassen sich während
der Fertigung nur schwer feststellen, weshalb fehlerhafte Teile
oft die Qualitätskontrolle
passieren. Im Betrieb kann es durch Schäden gerade bei einer Leiterplatte durch
eindringende Kriechstoffe zu plötzlichen
Ausfällen
der Elektronik kommen. Da eine defekte Leiterplatte von Außen trotzdem
intakt aussehen kann, sind solche Fehler zudem schwer auffindbar.
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An
Motoren oder Pumpen sitzen umspritzte Kontaktstifte häufig nicht
auf Leiterplatten, sondern werden im Inneren durch Kabel oder dergleichen Kontaktmittel
weiterkontaktiert. Auch hier können Kriechstoffe
wie beispielsweise Benzin durch einen Kriechpfad am Kontaktstift
in den Innenraum gelangen. Dort können Metallteile wie zum Beispiel
Kugellager oder Statorbleche korrodiert und/oder Schmiermittel aus
Kugellagern ausgewaschen und/oder dergleichen Schäden verursacht
werden.
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Aus
der
DE 41 35 679 C2 ist
ein Stecker für elektrische
Verbindungen bekannt, der einen Kontaktträger und einen diesen teilweise
umfassenden Spritzkörper
aufweist. In dem Kontaktträger
sind Kontaktstifte angeordnet, die von dem Spritzkörper umfasst
sind und über
diesen hervorstehen. Auf dem Kontaktträger ist eine elastische Dichtung
angeordnet, die mehrere Öffnungen
zum Durchführen
der Kontaktstifte aufweist. An den Öffnungen sind jeweils Tüllen angeformt,
die an den Kontaktstiften anliegen. Der Spritzkörper wird in einem Spritzguss-Prozess an
den Kontaktträger
mit aufliegender Dichtung angeformt. Durch den Spritzguss-Druck
werden die Tüllen
der Dichtung an die Kontaktstifte gedrückt und komprimiert, so dass
eine gute Dichtwirkung erzielt wird, selbst wenn der Spritzkörper um
den Kontaktstift stärker
schrumpfen sollte.
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Beim
Spritzguss besteht jedoch die Gefahr, dass flüssiges Spritzmaterial zumindest
teilweise zwischen Gummitülle
und Kontaktstift gelangt und so ein Kriechpfad geöffnet wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher eine Dichtung für umspritzte Kontaktstifte
zu schaffen, die solche Kriechpfade wirkungsvoll und kostengünstig verhindert.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass auf dem Dichtmittel eine Druckscheibe angeordnet ist.
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Das
Dichtmittel ist idealerweise der Außenkontur des Kontaktstifts
angepasst. So wird als Dichtmittel zum Beispiel bei einem runden
oder im Wesentlichen runden Kontaktstift ein Dichtring verwendet,
bei einem Flachkontakt als Kontaktstift kann eine rechteckige Dichtlippe
eingesetzt werden und derart mehr. Die Erfindung ist nicht auf die
Form des Dichtmittels beschränkt,
vielmehr steht das Prinzip der Abdichtung im Fokus der Erfindung.
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Damit
der Spritzguss-Druck in axialer Richtung auf das Dichtmittel wirkt,
ist die Druckscheibe auf dem Dichtmittel angeordnet. So wird verhindert, dass
der Spritzguss das Dichtmittel teilweise oder ganz umfließt.
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Das
Dichtmittel ist zwischen Kontaktstift und Widerlager eingeklemmt
und dadurch bereits vorkomprimiert. Während dem Spritzgießen wird
das Dichtmittel durch den Spritzguss-Druck weiter komprimiert und
an den Kontaktstift gepresst. Diese Komprimierung des flexiblen
Dichtmittels wird durch das Aushärten
des Kunststoff-Spritzgusses konserviert, wodurch eine effektive
und kostengünstige
Dichtung an dem Kontaktstift entsteht. Diese Dichtung verhindert
das Kriechen von Kriechstoffen von einer Außenseite zu einer Innenseite,
etwa zu einer Leiterplatte, selbst wenn der Spritzguss sich durch
Relaxation oder Verschleiß teilweise
oder ganz von dem Kontaktstift löst.
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Der
Kontaktstift kann beispielsweise auf einer Leiterplatte befestigt
sein oder er ist durch eine Leiterplatte geführt und auf deren Rückseite
befestigt. Solche Befestigungen werden durch bekannte Mittel, wie
zum Beispiel Löten,
Verschrauben oder Verklemmen realisiert. Der Kontaktstift kann jedoch auch
an sich mit Kunststoff umspritzt sein, um beispielsweise beidseitig
mit Kabeln und/oder Steckern kontaktierbar zu sein.
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In
einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist als Widerlager
ein umlaufender Ring koaxial zum Kontaktstift auf der Leiterplatte
angeordnet.
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Es
ist jedoch auch möglich,
dass das Widerlager als Absatz oder Aussparung in einem ersten Guss,
einem Spritzguss oder einer Vergussmasse, gebildet ist und die Komprimierung
des Dichtringes durch einen zweiten Guss, einem Spritzguss erfolgt. Dabei
wird eine erste Gussmasse auf der Leiterplatte oder um den Kontaktstift
angeordnet, in der um den Kontaktstift eine Aussparung gebildet
ist, in die das Dichtmittel einsetzbar ist. Das Dichtmittel kann
direkt auf der Leiterplatte oder auf einem Absatz in dem ersten
Guss aufliegen und wird radial von dem ersten Guss umfasst. Die
Komprimierung erfolgt durch einen Spritzguss, der den ersten Guss
vollständig überdeckt.
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Wie
bereits oben erwähnt,
kann es vorkommen, dass sich der Spritzguss über die Lebensdauer relaxiert.
Dadurch kann sich die Kraft verringern, die das Dichtmittel komprimiert.
Um die axiale Haltekraft zu erhöhen,
kann es vorteilhaft sein, wenn der Kontaktstift im Bereich des ersten
und/oder zweiten Spritzgusses wenigstens eine umlaufende Nut oder Einschnürung aufweist.
Im Bereich des Spritzgusses greift dieser in diese Nut ein und hält, selbst
wenn er sich etwas relaxiert, doch einer axialen Gegenkraft des
Dichtmittels stand. Im Bereich des ersten Gusses und des Spritzgusses
gewährleistet
eine Nut eine sichere Verankerung in axialer Richtung, so dass das Abziehen
des Kontaktstiftes wirkungsvoll verhindert wird. Jegliche Geometrien
mit Hinterschnitt sind anstelle einer Nut denkbar. Gerade eine Verankerung des
Kontaktstifts kann auch durch eine Verdickung des Kontaktstiftes
oder einer Abwinkelung, bzw. Biegung des Kontaktstiftes sichergestellt
werden.
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Das
Widerlager kann ein beliebiges Profil aufweisen, bevorzugt ist jedoch
der Innenumfang parallel zum Kontaktstift ausgerichtet, damit eine
gute Presswirkung erzielt wird.
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Alternativ
kann das Widerlager eine schräge Wand
aufweisen, wodurch der Freiraum zwischen Widerlager und Kontaktstift
zur Innenseite hin, etwa zu einer Leiterplatte hin verjüngt wird.
Der Spritzguss-Druck, der vornehmlich senkrecht von oben auf das
Dichtmittel wirkt, wird durch die schräge Wand umgelenkt, so dass
das Dichtmittel eher in Richtung Kontaktstift komprimiert wird,
wodurch die Dichtwirkung verstärkt
wird.
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Zusätzlich kann
es zweckmäßig sein,
wenn auf der Druckscheibe ein Federring angeordnet ist, der sich
am Kontaktstift verklemmt und ein Lösen der Druckscheibe verhindert.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Abdichten eines
mit Kunststoff umspritzen Kontaktstiftes, dadurch gekennzeichnet,
dass vor dem Spritzguss ein elastisches Dichtmittel zwischen den
Kontaktstift und ein Widerlager eingelegt wird und danach der Spritzguss
durchgeführt
wird, so dass das Dichtmittel durch den Spritzguss-Druck komprimiert
und an den Kontaktstift gepresst wird.
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In
einer alternativen Ausführung
des Verfahrens, wird das Widerlager in einem ersten Spritzguss gebildet.
Das Dichtmittel wird dann zwischen dieses Widerlager und den Kontaktstift
eingesetzt und in einem zweiten Spritzguss-Prozess komprimiert und eingebettet.
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Die
Erfindung ist in verschiedenen Ausführungen anhand der beiliegenden
Zeichnungen nachfolgend näher
erläutert.
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Es
zeigt jeweils eine geschnittene Seitenansicht eines Ausschnitts
einer Leiterplatte mit einem Kontaktstift:
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1 mit
einer Ring-Dichtung und einem Konterring in einem Spritzguss eingebettet
gemäß dem Stand
der Technik,
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2 mit
einer Ringdichtung und einer Druckscheibe in einem zweiteiligen
Spritzguss,
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3 gemäß der 2 mit
schräg
zulaufendem Widerlager,
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4 gemäß der 2 mit
einer umlaufenden Nut im Bereich des ersten Spritzgusses,
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5 gemäß der 4 mit
einer zweiten umlaufenden Nut im Bereich des zweiten Spritzgusses,
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6 gemäß der 2 mit
einer umlaufenden Nut im Bereich des zweiten Spritzgusses und
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7 mit
einem Federring um die Druckscheibe zu fixieren.
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Die 1 zeigt
einen Ausschnitt einer Leiterplatte 1 gemäß dem Stand
der Technik mit einem Kontaktstift 2, der senkrecht auf
der Leiterplatte 1 befestigt ist. Der Kontaktstift 2 hat
einen runden Querschnitt und ist im Wesentlichen zylinderförmig mit
einem halbkugelförmigen
Ende ausgebildet.
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Koaxial
um den Kontaktstift 2 ist ein umlaufender Konterring 3 mit
quadratischem Profil als Widerlager auf der Leiterplatte 1 angeordnet.
Der Ring 3 kann lose auf die Leiterplatte gelegt oder darauf
befestigt sein. Zwischen Konterring 3 und Kontaktstift 2 ist
ein Dichtring 4 als Dichtung eingesetzt und eingeklemmt,
wodurch der Dichtring 4 bereits vorkomprimiert wird.
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Die
Oberseite der Leiterplatte 1 ist auf dem gezeigten Ausschnitt
vollflächig
mit einem Spritzguss 5 aus Kunststoff umspritzt. Die Dichtung 4 und
der Konterring 3 sind mit in dem Kunststoff 5 eingebettet. Durch
den Spritzguss-Druck während
der Herstellung wird der Dichtring 4 komprimiert und gegen
den Kontaktstift 2 gepresst, so dass die Auflagefläche auf dem
Umfang des Kontaktstiftes 2 vergrößert wird. Beim Abkühlen des
Spritzgusses bleibt die Komprimierung im Dichtring 4 erhalten.
Somit wird eine gute Dichtwirkung erreicht, die verhindert, dass
Kriechstoffe am Kontaktstift 2 entlang zur Leiterplatte 1 kriechen
können.
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In 2 ist
das Widerlager in einem ersten Guss 6 gebildet. In dem
Guss ist eine ringförmige Aussparung 7 um
den Kontaktstift 2 angeordnet. Der Dichtring 4 ist
in die Aussparung 7 eingesetzt und liegt direkt auf der
Leiterplatte 1 auf. Auf dem Dichtring 4 ist eine
Druckscheibe 8 zur gleichmäßigen Verteilung des Spritzguss-Drucks
angeordnet. Der erste Guss 6 ist mit einem zweiten Spritzguss-Kunststoff 5 abgedeckt.
Auch hier ist der Dichtring 4 innerhalb der Aussparung 7 durch
den Spritzguss-Druck während
dem Prozess komprimiert worden. Durch die Druckscheibe 8 ist
eine gleichmäßige Druckverteilung
während
dem zweiten Spritzguss-Prozess
auf den Dichtring 4 gegeben.
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Die 3 entspricht
im Wesentlichen der 2. Die Aussparung 7 im
ersten Guss 6, in die der Dichtring 4 eingelegt
ist, weist jedoch eine in Richtung Leiterplatte 1 zulaufende
Form auf. Dadurch verjüngt
sich die Aussparung 7, wodurch der Spritzguss-Druck in
Richtung Kontaktstift 2 konzentriert wird und der Dichtring 4 effektiver
komprimiert und gegen den Kontaktstift 2 gepresst wird.
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In
den Ausführungsbeispielen
der 1 bis 3 liegt der Dichtring 4 jeweils
direkt auf der Leiterplatte 1 auf. Bei der in 4 gezeigten
Ausführung der
Erfindung befindet sich die Aussparung 7 innerhalb des
ersten Gusses 6 oberhalb der Leiterplatte 1. Der
Dichtring 4 liegt dabei auf einem Absatz auf dem ersten
Guss 6 auf. Der Kontaktstift 2 ist unterhalb der Aussparung 7 vollständig von
dem ersten Guss 6 umfasst und gehalten. Der Kontaktstift 2 weist
in diesem Bereich eine umlaufende Nut 9 auf, in die der
erste Guss 6 eingreift. Dadurch entsteht eine zusätzliche Verankerung
des Kontaktstiftes 2 zu dem ersten Guss 6, wodurch
die axiale Haltekraft erhöht
wird. Dies ist insbesondere bei Steckerverbindungen vorteilhaft,
da dadurch verhindert wird, dass beispielsweise beim Abziehen eines
Steckers der Kontaktstift 2 aus dem Guss 6 herausgezogen
wird.
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In 5 weist
der Kontaktstift 2 zusätzlich
zu der 4 eine zweite umlaufende Nut 9 im Bereich des
zweiten Spritzgusses 5 auf, wodurch die axiale Haltekraft
noch einmal zusätzlich
erhöht
wird.
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Die
in 6 gezeigte Ausführung entspricht im Wesentlichen
der 3. Darüber
hinaus ist der Kontaktstift 2 nicht auf die Leiterplatte 1 aufgesetzt, sondern
führt durch
eine Öffnung 10 in
der Leiterplatte 1 hindurch. Am Leiterplatten-Ende des Kontaktstiftes 2 verhindert
eine flanschartige Erweiterung 11 des Durchmessers ein
Ausziehen des Kontaktstiftes 2 in Richtung Guss 6 und
Spritzguss 5. Zusätzlich weist
der Kontaktstift 2 im Bereich des zweiten Spritzgusses 5 eine
umlaufende Nut 9 zur Erhöhung der axialen Haltekraft
auf.
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Bei
der Ausführung
in 7 weist der erste Guss 6 eine zweistufige
Aussparung 12 auf, wobei der Dichtring 4 in der
ersten Stufe 13 direkt auf der Leiterplatte 1 aufliegt
und nach oben über
den Rand der ersten Stufe 13 in die zweite Stufe 14 hinausragt. Die
zweite Stufe 14 weist einen gegenüber der ersten Stufe 13 größeren Durchmesser
auf. In der zweiten Stufe 14 liegt eine Druckscheibe 8 auf
dem Dichtring 4 und dem Stufenboden 15 auf. Zusätzlich wird
die Druckscheibe 8 durch einen Federring 16 fixiert,
der an dem Kontaktstift 2 verkeilt ist. Der Federring 16 erlaubt
die Komprimierung des Dichtringes 4 durch den Spritzguss-Druck,
verhindert aber durch die Keilwirkung eine Relaxation des Dichtringes 4 während der Abkühlphase
des zweiten Spritzgusses.
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In
den gezeigten Beispielen ist der Dichtring 4 beispielsweise
ein gewöhnlicher
O-Ring aus Gummi. Der Kontaktstift 2 kann abweichend von
der runden Form aber auch einen beliebigen Querschnitt aufweisen,
beispielsweise eckig oder oval. Die Formen des Konterringes 3,
der Aussparung 7, 12 und des Dichtringes 4 sind
daran angepasst ebenfalls beispielsweise eckig oder oval.