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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Leitungssatzes für eine elektrische Maschine, einen solchen Leitungssatz und eine elektrische Maschine mit einem solchen Leitungssatz.
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Derartige Leitungssätze elektrischer Maschinen, wie zum Beispiel Motoren und/oder Generatoren, werden beispielsweise an Stanzgitter von Motoren angeschlossen. Ein solcher Leitungssatz kann dann in Motoren von verschiedenen motorbetriebenen Aggregaten in Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Klimaanlagen, eingebaut werden, zum Beispiel in einen Lagerschild des Motors. Da sich diese Antriebe häufig in einem Bereich des Kraftfahrzeugs befinden, der extremen äußeren Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise hohe Temperaturunterschiede (kann Tauwasser erzeugen), hohe Feuchtigkeit, Spritzwasser, Staub, Salz und dergleichen ausgesetzt ist, sind diese elektrischen Maschinen und insbesondere deren Leitungssätze im Bereich von Durchführungen bzw. Einführungen in die jeweiligen Gehäuse der elektrischen Maschinen entsprechend abzudichten.
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1 zeigt ein allgemein bekanntes Beispiel eines Stanzgitters 1. Das Stanzgitter 1 besteht hier aus zwei langen Leiterbahnen 2 mit in der 1 vorn liegenden abgewinkelten Enden, die als Anschlüsse 3 zum Beispiel zum Anschluss eines nicht gezeigten Motors im Bereich seines Lagerschildes ausgebildet und in diesem vorgefertigten Zustand des Stanzgitters 1 mit einem später zu entfernenden Steg 5 zusammengehalten sind. An den anderen Enden dieser Leiterbahnen 2 schließen sich weitere, hier nach unten umgebogene Leiterbahnen 2 an, deren untere Enden in einem Anschlussbereich 6 ebenfalls Anschlüsse 3 zur Kontaktierung von z. B. einer Elektronik der zuzuordnenden elektrischen Maschine aufweisen. Alle anderen Enden der Leiterbahnen 2 weisen Anschlussabschnitte 4 auf, die in einem Kabelanschlussbereich 7 angeordnet sind. Auch diese Leiterbahnen 2 sind über Stege 5 untereinander gehalten.
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Dieses so bereitgestellte Stanzgitter 1 wird nun in einem ersten Verfahrensschritt (siehe 2) mit einem Fixierungsmaterial 8 im Bereich der umgebogenen Leiterbahnen zwischen dem Anschlussbereich 6 und dem Kabelanschlussbereich 7 umspritzt, um die Leiterbahnen 2 vor Entfernung der Stege 5 zu fixieren. Danach werden an den Anschlussabschnitten 4 Kabel eines Leitungssatzes 11 (siehe 3 und 4) in Verbindungen 12 angebracht, z. B. angeschweißt und mittels eines elastomeren Vorspritzlings 9 für die Abdichtung umspritzt. Dieser Vorspritzling 9 ist ein so genanntes Weichsegment und umschließt die Leiterbahnen 2. Es ist auch möglich, dass der Vorspritzling 9 vor dem Entfernen der Stege 5 aufgebracht wird, und danach die Fixierung des Stanzgitters mit dem Fixierungsmaterial 8 erfolgt, welches hier zum Beispiel PBT GF 10 (Polybutylenterephthalat mit 10% Glasfaser) ist.
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Der elastomere Vorspritzling 9 dichtet im umspritzten Zustand das Stanzgitter ab, insbesondere wie in 4 in einer schematischen Schnittdarstellung zu sehen ist, den Kabelanschlussbereich 7, der im Bereich der Einführung des Leitungssatzes 11 in das Motorgehäuse (nicht gezeigt) liegt. Diese Abdichtungsfunktion ist jedoch nur möglich, wenn ein weiteres Material den Vorspritzling 9 umhüllt und auf den Vorspritzling 9 einen permanenten Druck ausübt. Dies erfolgt mittels einer Endumspritzung 10 (ebenfalls aus PBT GF 10) des Stanzgitters 1. Zwischen den Leiterbahnen 2 des Stanzgitters 1 und dem Vorspritzling 9 erfolgt somit eine Abdichtung in einem ersten Dichtabschnitt 13 durch den permanenten Druck, wobei eine Abdichtung in einem zweiten Druckabschnitt 14 zwischen dem Vorspritzling 9 und der Endumspritzung 10 durch eine kohäsive Anbindung gegeben ist.
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3 zeigt diese Endumspritzung 10 nur ansatzweise im Kabelanschlussbereich 7, die über dem Vorspritzling 9 aufgebracht ist. Die Endumspritzung 10 umschließt jedoch letztendlich das gesamte Stanzgitter 1. In 3 ist auch noch der Steg zwischen den beiden Anschlüssen 3 für den Motor vorhanden.
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Die Deutsche Patentanmeldung
DE 10 2007 025 245 A1 beschreibt eine bekannte Vorrichtung zum Schutz von Kraftfahrzeugkomponenten, wobei ein Stanzgitter mit einem Elastomer und einer Kunststoffumspritzung umgeben ist. Das Elastomer umschließt Leiterbahnen des Stanzgitters und dichtet es gegen Eindringen von Feuchtigkeit ab. Die Kunststoffumspritzung um das Elastomer und das Stanzgitter ist aus PBT und hat die Funktion, diese Abdichtung während der gesamten Betriebsdauer des Kraftfahrzeugs zu gewährleisten. Sie übt permanent Druck auf das Elastomer aus.
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Der zur Abdichtung erforderliche Druck durch diese Endumspritzung kann durch Temperatureinflüsse im Bereich der harten Endumspritzung die Dichtheit der Weichkomponente, das heißt des Vorspritzlings beeinflussen, was als nachteilig angesehen wird. Weiterhin ist das Verfahren zum Herstellen des Leitungssatzes mit dichter Umspritzung aufwändig und benötigt zwei bis drei Fertigungsschritte. Außerdem kann der Vorspritzling durch die Hartumspritzung der Endumspritzung beschädigt, aufgeschmolzen, und/oder verdrängt werden, wodurch die Dichtheit nicht mehr gewährleistet werden kann.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes und insbesondere ein vereinfachtes Verfahren zum Herstellen eines Leitungssatzes für eine elektrische Maschine anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, einen Leitungssatz für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 und durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
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Demgemäß ist vorgesehen:
- – Ein Verfahren zum Herstellen eines Leitungssatzes mit einem Stanzgitter insbesondere zur Verwendung bei einer elektrischen Maschine, mit den Schritten: Bereitstellen eines Stanzgitters; Anbringen des Leitungssatzes an dem Stanzgitter; und Abdichten und Umhüllen des Stanzgitters mit dem daran angebrachten Leitungssatz mit einem Dichtungsmantel aus einem Hochleistungskautschuk.
- – Ein Leitungssatz für eine elektrische Maschine, mit einem elektrisch mit dem Leitungssatz verbundenen Stanzgitter, mit einem Dichtungsmantel aus einem Hochleistungskautschuk, der den Leitungssatz und das daran angebrachte Stanzgitter umhüllt und abdichtet.
- – Eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Leitungssatz.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine bessere Fertigungsqualität ohne Ausfälle beispielsweise aufgrund einer fehlerhaften, defekten oder qualitativ minderwertigen Abdichtung zu erzielen. Dies wird durch die Verwendung eines hinsichtlich der Abdichteigenschaften und seiner sonstigen Eigenschaften gegenüber Umwelteinflüssen, wie etwa mechanischer Beanspruchung und Temperatur, qualitativ besonders hochwertigen Kautschuks als Abdichtmaterial erzielt. Ein besonderer Vorteil besteht nun auch darin, dass nachdem nur ein einziger Werkstoff für die Abdichtung zum Einsatz kommt, Fertigungsschritte eingespart werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung.
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Vorzugsweise wird als Hochleistungskautschuk ein elastomerer Ethylen-Vinylacetat-Copolymer verwendet. Dies war bislang nicht bekannt, da man bislang davon ausgegangen war, dass ein aus einem elastomeren Ethylen-Vinylacetat-Copolymer hergestellter Hochleistungskautschuk nicht in spritzgegossenen Artikeln verwendet werden kann. Bislang war der Einsatz von Hochleistungskautschuken im Dichtungssektor dadurch begrenzt, dass diese Materialien nicht im Spritzgießverfahren verarbeitet werden konnten. Jedoch liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass ein Hochleistungskautschuk, zum Beispiel elastomeren Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, unter Beachtung einiger Besonderheiten sich durchaus auch mit guten Ergebnissen Eigenschaften in einem Spritzgießverfahren verwenden lässt.
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Dazu haben Versuche gezeigt, dass bei einem Verzicht zum Beispiel auf Metallseifen als Verarbeitungshilfsmittel die früher besonders häufig beobachtete Werkzeugverschmutzung weitgehend vermeidbar ist. Blasenbildung lässt sich verhindern, wenn der Spritzgießprozess so geführt wird, dass die Gummiteile unter hohem Werkzeuginnendruck vulkanisiert werden. Die Entformbarkeit der Artikel kann – wo nötig und sinnvoll – durch Verkürzen der Vulkanisationszeit und anschließendes einfaches Tempern weiter verbessert werden. Die Produktqualität wird dadurch auch gesteigert.
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Ein besonderer weiterer Vorteil besteht bei der Verwendung dieses Hochleistungskautschuks darin, dass zum Beispiel bei einer Betriebstemperatur von etwa 170°C eine Lebensdauer des Dichtmaterials von ca. 1000 Stunden Dauerbelastung erreichbar ist. Dies entspricht einer Lebensdauer von etwa 20000 Stunden Dauerbelastung bei etwa 110°C. Für den Einsatz eines solchen Dichtmaterials im Kraftfahrzeugbereich und insbesondere bei einem Leitungssatz für eine elektrische Maschine bestehen weitere Vorteile in guten Druckverformungsrestwerten, gute Ölbeständigkeit und die über den Vinylacetat-Gehalt einstellbare Polarität und Kälteflexibilität sowie seine Witterungs- und Ozonbeständigkeit.
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Es ist außerdem vorteilhaft, dass beim Abdichten und Umhüllen gleichzeitig Anpassung der Abdichtung an eine Außengeometrie einer zuzuordnenden elektrischen Maschine oder einem Teil davon durchgeführt wird. Dadurch reduziert sich die Anzahl der Verfahrensschritte zusätzlich.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Dichtungsmantel eine Zugentlastung auf, um insbesondere den Leitungssatz vor Beanspruchung zu entlasten.
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Die elektrische Maschine kann Bestandteil einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs sein. Die Anwendung in Klimaanlagen ist besonders vorteilhaft, da sich dort Feuchtigkeit durch die in der Klimaanlage vorhandenen Temperaturunterschiede besonders einfach bilden kann. Allerdings wären auch andere Anwendungen denkbar und vorteilhaft.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Stanzgitters für eine elektrische Maschine nach dem Stand der Technik;
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2 das Stanzgitter nach 1 nach einem Verfahrensschritt Fixieren nach dem Stand der Technik;
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3 das Stanzgitter nach 1 und 2 nach weiteren Verfahrensschritten nach dem Stand der Technik;
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4 eine vereinfachte schematische Schnittansicht des Stanzgitters nach 3;
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5 das Stanzgitter nach 1 mit einem Dichtungsmantel nach einem erfindungsgemäßen Verfahren; und
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6 eine vereinfachte schematische Schnittansicht des Stanzgitters nach 5.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente und Merkmale – sofern nichts Anderes ausgeführt ist – mit denselben Bezugszeichen versehen.
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5 zeigt das Stanzgitter 1 nach 1 mit einem Dichtungsmantel 15 nach einem erfindungsgemäßen Verfahren. Der Dichtungsmantel 15 umgibt das Stanzgitter 1 fast vollständig bis auf die Anschlüsse 3 wie die Endumspritzung 10 nach dem Stand der Technik.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nach dem Anbringen der Kabel des Leitungssatzes 11 im Kabelanschlussbereich 7 in Verbindungen 12 an den Anschlüssen 4 der Leiterbahnen 2 des Stanzgitters 1 in einem einzigen Fertigungsschritt ein Elastomer, zum Beispiel durch Vulkanisieren oder Umspritzen, auf das Stanzgitter 1 aufgebracht. Dabei wird ein Dichtungsmantel 15 geschaffen, der gleichzeitig mit einer Außengeometrie zur Anbindung des so umhüllten, isolierten und abgedichteten Stanzgitters 1 mit dem Leitungssatz 11 an Elektronik eines nicht gezeigten Motors bzw. einer nicht gezeigten elektrischen Maschine inklusive einer Zugentlastung für den Leitungssatz 11 ausgebildet werden kann.
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Hierzu zeigt 6 eine vereinfachte schematische Schnittansicht des Stanzgitters 1 nach 5. Der Dichtungsmantel 15 weist eine höhere Haftung auf den Metalloberflächen der Leiterbahnen 2 des Stanzgitters 1 auf und ergibt somit eine höhere Sicherheit und Lebensdauer.
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Der Werkstoff des Dichtungsmantels 15 ist ein elastomeres Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVM) mit dem Handelsnamen Levapren. Dieses bis 175°C hitze- und ölbeständige Spezialelastomer bewährt sich in Dichtungen und Schläuchen in Kraftfahrzeugen, insbesondere im Motorraum. Der Werkstoff kann Dauertemperaturen von 150° bis 160°C ausgesetzt sein. Er bietet außerdem eine hohe Füllbarkeit mit speziellen, halogenfreien Füllstoffen und somit eine bestimmte Flammwidrigkeit.
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Die vorliegende Erfindung sei nicht auf die vorstehenden konkreten oder abstrakten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auf beliebige Art und Weise modifizieren, ohne vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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So können zum Beispiel die Leiterbahnen 2 des Stanzgitters 1 zunächst mit dem Dichtungsmantel 15 vorfixiert werden, um die Stege 5 zu entfernen.
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Der Dichtungsmantel 15 kann auch in einem Spritzgussverfahren den Leitungssatz 11 mit Stanzgitter 1 umhüllen.
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So sei die Erfindung auch nicht auf elektrische Maschinen wie Motoren und Generatoren beschränkt. Selbstverständlich können auch andere gegenüber anderen Bauteilen abzudichtende Elemente, wie zum Beispiel Elektromagnete mit einem derartigen Leitungssatz 11 mit Dichtungsmantel 15 versehen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stanzgitter
- 2
- Leiterbahn
- 3
- Anschluss
- 4
- Anschlussabschnitt
- 5
- Steg
- 6
- Anschlussbereich
- 7
- Kabelanschlussbereich
- 8
- Fixierungsmaterial
- 9
- Vorspritzling
- 10
- Endumspritzung
- 11
- Leitungssatz
- 12
- Verbindung
- 13
- Erster Dichtabschnitt
- 14
- Zweiter Dichtabschnitt
- 15
- Dichtungsmantel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007025245 A1 [0007]
