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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorisolierung von Bauteilen, insbesondere für Baugruppen, die wenigstens teilweise von einem Gehäuse umschlossen sind.
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Aus der
DE 10 2006 030 133 A1 ist ein Bauteil für eine Baugruppe und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt. Aus einem Metallstreifen wird ein Stanzgitter ausgestanzt, das anschließend mit Bauelementen bestückt wird. Die Bauelemente werden dann mit einem Gehäuse umgeben. Danach wird das Stanzgitter zugeschnitten und abschließend das Ganze nochmals eingehäust.
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Nachteilig ist, dass durch das Halten und die abschließende Einhäusung Hohlräume zwischen den Leiterbahnen des Stanzgitters und dem Abschlussgehäuse entstehen können. Außerdem liegen bedingt durch den Häusungsvorgang Stellen des Stanzgitters frei. Wird das Bauteil also den extremen Belastungen im Motorraum ausgesetzt, kann sich in den Hohlräumen Wasser aussondern. Außerdem können sich Schmutz und Feuchtigkeit auf den freien Stellen der Stanzgitter ablagern, so dass die Funktion des Bauteils beeinträchtigt werden kann.
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Aus der
DE 43 41 188 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Elektrotauchlackieren von Kleinteilen und Schüttgütern bekannt. Hierbei wird ein Transportband einer Elektrotauchlackanlage eingesetzt. Es besteht aus faserverstärktem Kunststoffmaterial mit eingeflochtenen, durchkontaktierten Borsten aus nichtrostendem Stahl. Des Weiteren sind kreisförmige Durchbrüche im Trägermaterial des Transportbandes eingebracht, welche eine gleichmäßige Durchflutung des Tauchlackes während des Beschichtungsverfahrens und andererseits ein zügiges Abfließen des Lackes beim Auftauchen aus dem Lackbad sicherstellen.
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Aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie, ist das elektrochemische Tauchlackieren bekannt, das prinzipiell zwischen anodischer und kathodischer Elektrotauchlackierung unterscheidet. Der Vorteil der elektrochemischen Tauchlackierung besteht insbesondere darin, dass Metallflächen und auch Hohlräume gut lackiert werden. (vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/ Kathodische Tauchlackierung, Page 1 und 2).
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Aus der prioritätsälteren Patentanmeldung
DE 10 2009 042 574 A1 der Anmelderin ist es bekannt, Baugruppen mit wenigstens teilweise isolierten Bauteilen, Schaltungsanordnungen und dgl. unter Verwendung des elektrochemischen Tauchlackieren so nachzuisolieren, dass vor allem freie Metallflächen mit einer Isolierschicht überzogen werden.
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Die
DE 195 15 089 C1 beschreibt wässrige, kathodisch abscheidbare Elektrotauchlacke, die bei der Herstellung von Überzügen mit gutem Umgriff verwendet werden. Sie enthalten kationische Bindemittel sowie gegebenenfalls Vernetzer, Pigmente, Füllstoffe, lackübliche Additive und/oder Lösemittel, sowie 5 bis 40 Gew.-%, bezogen auf den Festkörper, an Ruß mit einer mittleren Teilchengröße von 120 bis 1000 nm.
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Aus der
DE 12 95 747 A ist ein Überzugsmittel für das anodische Beschichten elektrisch leitender Werkstücke durch Elektrophorese auf der Grundlage von wässrigen Dispersionen von Salzen carboxylgruppenhaltiger, von Styrol-Allylalkohol-Copolymerisaten abgeleiteten Harzen bekannt. Hierbei enthalten aus mit Olefincarbonsäuren veresterte Styrol-Allylalkohol-Copolymerisaten und Trimellithsäureanhydrid mit einer Säurezahl von etwas über 30.
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Es stellt sich die Aufgabe, Bauteile so zu isolieren, dass die Baugruppen sicherer funktionieren und einfacher aufzubauen sind.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Verwendung des elektrochemischen Tauchlackierens gelöst, derart,
- – dass die Bauteile an einen Pol einer Gleichstromquelle angeschlossen und in ein an einen anderen Pol der Gleichstromquelle angeschlossenes Lackbad getaucht werden und
- – dass auf freie Metallleiterelemente der Bauteile eine Lackschicht als Vorisolierschicht abgeschieden wird.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die freien Metallleiterelemente der Bauteile mit einer dünnen Lackschicht überzogen werden. Das Gehäuse legt sich sofort eng an das Bauteil. Hohlräume und blanke Stellen werden an den Metallleiterelementen vermieden. Die Baugruppen werden nicht nur funktionssicherer, sondern auch flacher. Es kann sogar Kunststoff bei der Gehäuseherstellung eingespart werden. Es bietet sich die Möglichkeit, ausgewählte Stellen der Bauteile abzudecken, die dann für eine sichere Kontaktgebung bereitstehen. Das fertig lackierte Bauteil ist ganzteilig vorisoliert, Kontaktstellen sind hingegen nach Entfernung der Abdeckung blank.
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Bei einer Verwendung des kathodischen Tauchlackierens können die freien Metallleiterelemente der Bauteile an eine Kathode als den einen Pol und das Lackbad an eine Anode als den anderen Pol angeschlossen werden. Das kathodische Tauchlackieren, auch KTL-Lackieren, lässt sich vorteilhaft in einen Fertigungszyklus integrieren, weil die Bauteile nacheinander durch das KTL-Bad gezogen werden können. Sie können vorher ausgeformt und entsprechend gebogen werden. Blanke Stellen für eine Kontaktgebung können vorgesehen werden. Sind galvanische Überzüge an bestimmten Stellen, z. B. ein Versilbern von Steckkontakten, erforderlich, lässt sich das in den Gesamtfertigungszyklus einbauen. Sollen Anschlussstellen nachträglich von der Vorisolationsschicht befreit werden, lässt sich ein dem KTL-Bad nachgeordnetes Ätzungsbad in den Fertigungszyklus einbeziehen.
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Die Bauteile können nach dem Überziehen mit der Vorisolierschicht wenigstens teilweise mit dem Gehäuse umformt werden. Damit ist ein alleiniges Umhäusen der Bauteile möglich.
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Die Bauteile können nach dem Überziehen mit der Vorisolierschicht mit den Bauelementen bestückt werden. Damit lassen sich die mit den entsprechenden Bauelementen versehenen Beiteile sach- und funktionsgerecht fertigen.
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Die Höhe der Versorgungsspannung und die Verweildauer im KTL-Bad sind bestimmend nicht nur für die Dicke der Nachisolierschicht, sondern auch für die Taktgeschwindigkeit des Herstellungsprozesses.
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Als Versorgungsspannung der Gleichstromquelle kann bis 500 V Gleichstrom-Spannung verwendet werden. Die Bauteile können mit einer solchen Transportgeschwindigkeit durch das Lackbad gezogen werden, dass sie darin bis zu 70 Minuten verweilen.
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Bei der Verwendung des kathodischen Tauchlackierens können 10 bis 30 Gew.-% Bindemittel bezogen auf die Gesamtmenge des Lackbades verwendet werden. Damit kann der KTL-Lack 10 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 20 Gew.-% Bindemittel enthalten.
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Bei der Verwendung des kathodischen Tauchlackierens können bis 6 Gew.-% Leitfähigkeitskörper bezogen auf einen Festkörpergehalt des Bindemittels, verwendet werden. Als Leitfähigkeitskörper können Ruß, Eisenoxyd oder dgl. verwendet werden. Anwendung finden kann eine mittlere Teilchengröße von 50 nm bis 10.000 nm. Damit werden zum einen das äußere Erscheinungsbild und vor allem zum anderen der Isolationswiderstand der Vorisolierschicht in hohem Maße beeinflusst.
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Als Bindemittel kann Epoxidharz verwendet werden. Epoxidharz ist der am häufigsten verwendeten KTL-Lack. Selbstverständlich können auch andere Lacke verwendet werden, die die hohen Anforderungen für eine Vorisolierschicht erfüllen.
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Bei der Verwendung des kathodischen Tauchlackierens können 0,1 bis 0,8 Gew.-% Säuren bezogen auf die Gesamtmenge des Lackbades, verwendet werden. Als Säure kann eine organische Säure verwendet werden.
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Das Ergebnis des Verfahrens ist demnach ein Bauteil, insbesondere für Baugruppen, das wenigstens teilweise von einem Gehäuse umschlossenen ist, und bei dem auf freien Metallleiterelementen der Bauteile eine Lackschicht als Vorisolierschicht angeordnet ist.
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Die hiermit erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Bauteile bereits voll isoliert für eine Umhäusung bereitstehen. Kurzschlüsse, Fehlströme oder dgl., die eine Funktionsfähigkeit der Baugruppe beeinflussen können, werden so wirksam vermieden.
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Die Vorisolierschicht kann eine Dicke von 1 bis 25 μm haben. Auch andere Dicken können, wenn es die Einsatzbedingungen erfordern, aufgetragen sein. Sie kann ein Epoxidharz aufweisen. Es können auch andere Lacke verwendet werden.
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Das Bauteil kann mit wenigstens einem Bauelement bestückt werden.
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Die Bestückung kann so vorgenommen werden, dass an den Verbindungsstellen zu Metalleiterelementen die Vorisolierschicht unterbrochen wird.
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Die Baugruppe kann als Drosselklappendeckelelement ausgebildet sein. Es erfüllt die hohen Einsatzanforderungen, die an einen E-Gassteller gestellt werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Metallleiterelement eines Bauteils für eine Baugruppe in einer schematisch dargestellten Draufsicht,
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2 ein Vorisolierbad mit vorzulackierenden Bauteilen in einer schematischen Darstellung,
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3 ein in einem Vorisolierbad gemäß 2 vorisoliertes Bauteil gemäß 1,
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4 eine mit Bauelementen bestücktes vorisoliertes Bauteil gemäß 3,
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5 ein mit Bauelementen bestücktes vorisoliertes Bauteil gemäß 3, das zugeschnitten und mit einem Gehäuse zu einer Baugruppe umschlossen ist und
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6 einen Schnitt durch eine Baugruppe gemäß 5 entlang der Linie V-V.
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In 1 ist ein Metallleiterelement 11 eines Bauteils 1 dargestellt, das aus einem Blechstreifen aus einem leitenden Material einer Stärke von 0,1 bis 2 mm, in diesem Fall von ca. 1,5 mm ausgestanzt ist. Das leitende Material kann beispielsweise Kupfer, eine kupferhaltige Legierung, Stahl, Neusilber oder Messing sein.
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Das Metallleiterelement 11 besteht aus Schienenelementen 12.1, ..., 12.n mit Bauelementerahmen 19.1, 19.2, die durch Stegelemente 18.1, ..., 18.5 parallel zueinander gehalten werden. Im Bereich des Bauelelementerahmens 19.2 sind die Schienenelemente 12.1, ... zu Steckerkontakten 13.1, ..., 13.n und 14.1, ..., 14.n hochgebogen. Diese Konfiguration wird von einem Halterahmen 15 mit Rahmenholmen 16, der in einen inneren und einen äußeren Teilrahmen 15.1, 15.5 unterteilt ist, gehalten. In die Rahmenholme 16 sind Spritzhalteelemente 17 eingefügt. Die Spritzhalteelemente 17 können in die oder an den Zusammenfügungspunkten der Rahmenholme 16 angeordnet werden.
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In 2 ist ein Vorisolierbad als Kathodenlack-Bad (im Folgenden KTL-Bad) 31 gezeigt. Das Vorisolierbad gemäß 2 besteht aus einem Becken 33, in dem sich ein KTL-Lack 34 befindet. An einer leitfähigen Schiene eines Transportsystems 2 sind die Bauteile 1 mit den Metallleiterelementen 11 gemäß 1 angehängt. Zum Vorisolierbad gehört zur Versorgung mit Gleichstrom eine Gleichstromquelle 5, die z. B. als Gleichrichter ausgebildet ist, sowie mehrere Dialysezellen, ein Umwälzsystem für eine gleichmäßige Durchmischung des KTL-Lacks, eine Temperaturregelung, Filteranlagen zur Entfernung von eingetragenem Schmutz und Ultrafiltrationsanlagen zum Versorgen des Systems mit Spülmedium zum Abspülen des anhaftenden KTL-Lacks (vgl. auch Wikipedia, a. a. O.).
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Die Gleichstromquelle 5 gibt eine Gleichspannung U bis 500 V ab. Die Transportschiene des Transportsystems T bewegt sich mit einer solchen Geschwindigkeit vorwärts, dass die Bauteile 2 bis zu 70 Minuten im KTL-Lackbad 31 verweilen Die Verweildauer im KTL-Lackbad 31 und die Höhe der Gleichspannung U bestimmen letztendlich die Dicke der Lackschicht.
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Eine Gesamtmenge des KTL-Lacks 34 besteht aus
- – 15 bis 25 Gew.-% Bindemittel, vorzugsweise 20 Gew.-%
- – 75 bis 85 Gew.-% demineralisiertem Wasser, vorzugsweise 80 Gew.-%
- – 1 bis 2 Gew.-% organische Lösungsmittel
- – 0,2 bis 0,6 Gew.-% Säuren, vorzugsweise 0,4 Gew.-% und
- – 0,001 bis 0,2 Gew.-% Additiven sowie
- – 2 bis 6 Gew.-% Leitfähigkeitskörper, bezogen auf einen Festkörpergehalt des Bindemittels.
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Als Leitfähigkeitskörper können Ruß, Eisenoxyd oder dgl. verwendet werden. Eine Menge von weniger als 6 Gew.-% sichert, dass die Vorisolierschicht 32 isolierend ist. Die Leitfähigkeitskörper haben eine mittlere Teilchengröße von 50 nm bis 10.000 nm.
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Additive sind Hilfsstoffe, die dem KTL-Lack 34 in geringen Mengen zugesetzt werden, um diesem bestimmte Eigenschaften zu verleihen oder ihn zu verbessern.
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Die einzelnen Anteile einschließlich der Additive und der Leitfähigkeitskörper ergeben zusammen 100 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge des KTL-Lackbades 31.
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Bindemittel ist Epoxidharz, jedoch können auch andere Bindemittel bei KTL-Lacken zum Einsatz kommen.
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Demineralisiertes Wasser, auch als deionisiertes, vollentsalztes, VE-Wasser oder Deionat bezeichnet, ist Wasser (H2O) ohne die im normalen Quell- und Leitungswasser vorkommenden Mineralien (Salze, Ionen).
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In 3 ist das Bauteil 1 in dem Zustand gezeigt, nachdem es durch das KTL-Bad 31 gezogen wurde. Auf dem Metallleiterelement 11 ist allseitig eine gleichmäßige Lackschicht als Vorisolierschicht 32 aufgebracht. Diese Lackschicht befindet sich auf den Schienenelementen 11.1, ..., 11.n, dem Rahmen 15 und den beiden Bauelementerahmen 19.1, 19.2.
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Danach wird das so vorisolierte Bauteil 1 gemäß 3, wie in 4 gezeigt, im Bauelementerahmen 19.1 mit einem Bauelement 20 und im Bauelementerahmen 19.2 mit einem Bauelement 21 bestückt.
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Das vorisolierte und bestückte Bauteil 1 wird in ein Werkzeug (nicht dargestellt) gelegt, und der Rahmen 15 und die Stegelemente 18.1, ..., 18.n werden herausgeschnitten. Mit einem Gehäuse 6, wie 5 und 6 zeigen, z. B. aus Thermoplast, umspritzt. Hierbei wird das Gehäuse 6 um die Steckerkontakte 13.1, ..., 13.n, 14.1, ..., 14.n gelegt.
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Wie 6 zeigt, legt sich das Gehäuse 6 sehr eng an das vorisolierte Bauteil 1 und bildet so ein Drosselklappendeckelelement 8 als Bauteil aus, das sich durch
- – geringe Bauhöhe,
- – fehlende freie Metallflächen der stromführenden Teile und
- – hohe Betriebssicherheit
auszeichnet.
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Die Herstellung eines Drosselklappendeckelelements 8 als Baugruppe mit den Bauteilen sei anhand der 1 bis 6 erläutert:
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Verfahrensschritt 1
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Von einer Rolle wird eine Metallbahn abgezogen; die Bauteile 1 werden mit den Schienenelementen 12.1, ..., 12.n, dem Halterahmen 15 und den Bauelementerahmen 19.1 und 19.2 ausgestanzt. Die Steckerkontakte 13.1, ..., 13.n und 14.1, ..., 14.n werden herausgebogen.
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Verfahrensschritt 2
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Die Bauteile 1 werden an die leitende Schiene des Transportsystems 2 gehängt; die Gleichstromquelle 5 z. B. wird auf eine Gleichspannung von 280 V eingestellt. Das Transportsystem wird in Gang gesetzt, bewegt sich mit einer gleichmäßigen Transportgeschwindigkeit v vorwärts und zieht die Baugruppen 1 durch das KTL-Bad 31. Bandlänge und Transportgeschwindigkeit v bestimmen die Verweildauer im KTL-Bad so, dass zusammen mit der jeweiligen Höhe der Gleichspannung die Dicke des sich ablagernden KTL-Lackes 34 auf dem Bauteil 1 als Isolierschicht schließlich 10 bis 20 μm beträgt.
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Verfahrensschritt 3
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Die so vorisolierten Bauteile 1 werden sofort in das Werkzeug gelegt und Rahmen 15 und Stegelemente 18.1, ..., 18.n heraus getrennt und mit dem Gehäuse 6 aus Thermoplast umspritzt. In diesem Fall liegt eine einfache Baugruppe 1 vor.
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Verfahrensschritt 4
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In einem Ätzbad, das sich dem KTL-Bad 31 anschließt, werden an den Schienenelementen 12.1, ... blanke Anschlussflächen 24.1, ..., 24.n geschaffen. Solche Anschlussflächen werden auch an den Steckerkontakten hergestellt. Die Anschlussflächen können auch durch Abdeckungen während des Tauchlackierens erzeugt werden.
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Anzumerken ist, dass sich gem. 5 blanke Anschlussflächen 24.1 ... 24.n außerhalb des Gehäuses 6 befinden, während die Metallleiterelemente 11 innerhalb des Gehäuses 6 mit einer Lackschicht als Vorisolierschicht versehen sind.
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Verfahrensschritt 5.1
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Die so vorisolierten und behandelten Bauteile 1 werden in das Werkzeug gelegt und Rahmen 15 und Stegelemente werden herausgetrennt und mit dem Gehäuse 6 aus Thermoplast umspritzt. In diesem Fall liegt ebenfalls eine einfache Baugruppe 4 vor.
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Verfahrensschritt 5.2 (Variante zu 5.1)
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Die vorisolierten und behandelten Bauteile 1 werden mit den Bauelementen 20 und 21 bestückt. Die bestückten Bauteile 1 werden dann in das Werkzeug gelegt, der Rahmen und die Stegelemente 18.1, ..., 18.n herausgetrennt und mit dem Gehäuse 6 aus Thermoplast oder einem anderen Material umgeben.
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Es liegt jetzt ein intelligentes Drosselklappendeckelelement 8 als Bauteil für ein E-Gassystem vor. Sind noch andere galvanische Arbeiten, wie z. B. ein Versilbern der Steckerkontakte, erforderlich, können diese als Zwischenverfahrensschritt nach dem Verfahrensschritt 3 eingeschoben werden.
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Von besonderem Vorteil ist, dass
- – vor dem endgültigen Einhäusen des Bauteils dieses individuell vorbehandelt und vorbereitet werden kann,
- – sich die Gesamtherstellung und -behandlung in einer Fertigungsstrasse vornehmen lässt, die Behandlungsvariationen zulässt und vor allem Herstellungs- und Materialkosten spürbar senkt und
- – das fertige Bauteil den hohen Einsatzanforderungen genügt.
