DE102012200918A1

DE102012200918A1 - Einlegeverbundteil

Info

Publication number: DE102012200918A1
Application number: DE102012200918A
Authority: DE
Inventors: Gabor Klimaj; Peter Kunert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2013-07-25
Anticipated expiration: 2032-01-24
Also published as: CN104067453B; CN104067453A; US20150079828A1; SE539047C2; SE1450960A1; DE102012200918B4; WO2013110376A1; US9276351B2

Abstract

Es wird ein Einlegeverbundteil aufweisend wenigstens ein mittels eines Vorumspritzlings umspritztes metallisches Kontaktelement vorgeschlagen. Das Einlegeverbundteil zeichnet sich dadurch aus, dass der Vorumspritzling eine erste dreidimensionale Abdichtfläche zu einem Spritzgießwerkzeug aufweist, wobei eine Versteifung des Kontaktelements über einen Übergangsbereich des Vorumspritzlings mit dem Spritzgießwerkzeug hinaus ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Einlegeverbundteil. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer thermoplastischen Vorrichtung mit einer Steckerkavität.
Stand der Technik
Bei neueren Sensor-Generationen im Kraftfahrzeugbereich ist die Technik „2K-Direktumspritzen” bekannt. Dabei wird eine Elektronik des Sensors in einer separaten Herstellungsstation mit Einlegeteilen kontaktiert, wobei diese Einlegeteile zugleich Steckkontakte bilden. Ein Verbund aus einem Sensor und einem Einlegeteil (Einlegeverbundteil) wird mit einer Elastomer-Hülle umschlossen und danach mittels eines Formungswerkzeugs mit Thermoplastmaterial umspritzt. Um einen störungsfreien Betrieb des Sensors zu gewährleisten, muss ein Sensorelement in einer genau definierten Lage innerhalb des Gesamtsensors angeordnet sein.
Durch das Umspritzen mit Thermoplastmaterial können hohe Kräfte auf den Einlegeverbundteil ausgeübt werden, wodurch es zu Verbiegungen der Steckkontakte und somit Abweichungen aus der Solllage kommen kann. Durch eine spezielle Ausgestaltung des Einlegeverbundteils kann zwar die Verbiegung des Einlegeverbundteils prinzipiell reduziert werden, der Steckerbereich stellt aber in der Regel eine Schwachstelle eines derart hergestellten Sensors dar.
Aus der DE 10 2006 062 311 A1 ist ein Gehäuse mit einem metallischen Einlegeteil bekannt, wobei der metallische Einlegeteil wenigstens teilweise von dem Gehäuse umhüllt ist. Eine elektrisch nichtleitende Umhüllung umhüllt dabei den metallischen Einlegeteil unmittelbar und wenigstens teilweise.
Offenbarung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Herstellungsverfahren zum Herstellen einer thermoplastischen Vorrichtung mit einer Steckerkavität bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Einlegeverbundteil, aufweisend wenigstens ein mittels eines Vorumspritzlings umspritztes metallisches Kontaktelement. Das Einlegeverbundteil ist dadurch gekennzeichnet, dass der Vorumspritzling eine erste dreidimensionale Abdichtfläche zu einem Spritzgießwerkzeug aufweist, wobei eine Versteifung des Kontaktelements über einen Übergangsbereich des Vorumspritzlings mit dem Spritzgießwerkzeug hinaus ausgebildet ist.
Mittels der erfindungsgemäß erhöhten Steifigkeit des wenigstens einen metallischen Kontaktelements wird vorteilhaft eine größere Biegefestigkeit des Einlegeverbundteils während des Herstellungsprozesses erreicht. Dabei wird mittels der ersten dreidimensionalen Abdichtfläche des Einlegeverbundteils zu einem Spritzgießwerkzeug eine verbesserte Abdichtung des Einlegeverbundteils während eines Umspritzens des in das Spritzgießwerkzeug eingelegten Einlegeverbundteils erreicht. Als vorteilhaftes Ergebnis dieser spezifischen Ausgestaltung des Einlegeverbundteils kann eine thermoplastische Vorrichtung mit einer Steckerkavität ohne bzw. mit stark reduzierten Spritzfehlern hergestellt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einlegeverbundteils ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste dreidimensionale Abdichtfläche vom Übergangsbereich mit dem Spritzgießwerkzeug weggehend verjüngend ausgebildet ist. Auf diese Weise können sich Ungenauigkeiten bzw. Fertigungstoleranzen des Einlegeverbundteils bzw. des Spritzgießwerkzeugs gegenseitig kompensieren, wodurch ungünstige Effekte der genannten Fertigungstoleranzen der verwendeten Elemente im Wesentlichen eliminiert werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einlegeverbundteils ist dadurch gekennzeichnet, dass Winkel von Verjüngungen der ersten dreidimensionalen Abdichtfläche in einem Bereich von ungefähr 5 Grad bis ungefähr 10 Grad ausgebildet sind. Durch eine derartige Ausgestaltung von Winkeln der Verjüngungen der ersten dreidimensionalen Abdichtfläche wird vorteilhaft eine besonders gute Kontaktschlüssigkeit zwischen dem Einlegeverbundteil und dem Spritzgießwerkzeug erreicht.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Einlegeverbundteils zeichnet sich dadurch aus, dass Anlageflächen der ersten dreidimensionalen Abdichtfläche an entsprechende Anlageflächen einer zweiten dreidimensionalen Abdichtfläche des Spritzgießwerkzeugs angepasst sind. Auf diese Weise wird eine besonders gut ausgebildete kontaktschlüssige Verbindung zwischen dem Einlegeverbundteil und dem Spritzgießwerkzeug erreicht, wodurch eine besonders fehlerarme Herstellung der thermoplastischen Vorrichtung mit der Steckerkavität erreicht wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer thermoplastischen Vorrichtung mit einer Steckerkavität vorgeschlagen, aufweisend die Schritte:

– Einlegen eines Einlegeverbundteils in ein Spritzgießwerkzeug, wobei ein Übergangsbereich zwischen dem Einlegeverbundteil und dem Spritzgießwerkzeug im Wesentlichen vollständig mittels dreidimensionaler Abdichtflächen des Einlegeverbundteils und des Spritzgießwerkzeugs abgedichtet wird, wobei eine Versteifung wenigstens eines metallischen Kontaktelements innerhalb eines Vorumspritzlings über den Übergangsbereich hinaus ausgebildet ist;
– Umspritzen des Einlegeverbundteils und des Spritzgießwerkzeugs mit Thermoplastmaterial mittels eines Formgebungswerkzeugs; und
– Entfernen des Spritzgießwerkzeugs.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft möglich, im Wesentlichen fehlerfreie thermoplastische Baugruppen mit einer Steckerkavität zu erzeugen. Dies wird insbesondere durch zwei konstruktive Maßnahmen erreicht, welche eine Versteifung eines Übergangsbereichs zwischen dem Einlegeverbundteil und dem Spritzgießwerkzeug betreffen. Dabei sind dreidimensionale Abdichtflächen sowohl am Einlegeverbundteil als auch am Spritzgießwerkzeug vorgesehen, die während des Umspritzvorgangs mit thermoplastischer Masse eine besonders kontaktschlüssige Verbindung zwischen dem Einlegeverbundteil und dem Spritzgießwerkzeug unterstützen. Auf diese Weise kann im Wesentlichen keine Thermoplastmasse zwischen den Einlegeverbundteil und das Spritzgießwerkzeug eindringen, wodurch eine im Wesentlichen fehlerfreie Herstellung der Steckerkavität der thermoplastischen Baugruppe unterstützt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren detailliert beschrieben. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung, sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Zeichnungen.
In den Figuren zeigt:
1 einen Einlegeverbundteil gemäß Stand der Technik;
2 einen in ein Spritzgießwerkzeug eingelegten konventionellen Einlegeverbundteil während eines Umspritzvorgangs;
3 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einlegeverbundteils;
4a eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einlegeverbundteils vor einem Einlegen in ein Spritzgießwerkzeug;
4b eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einlegeverbundteils nach dem Einlegen in ein Spritzgießwerkzeug; und
5 eine thermoplastische Baugruppe mit einer Steckerkavität, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist.
1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Einlegeverbundteil 100 gemäß Stand der Technik. Der Einlegeverbundteil 100 umfasst eine elektronische Einrichtung 21 (beispielsweise einen elektronischen Sensor), der im Einlegeverbundteil 100 von metallischen Laschen bzw. Bügeln beidseitig festgehalten und elektrisch kontaktiert ist. Die metallischen Laschen sind an einem, einem Stecker (nicht dargestellt) zugewandten Ende des Einlegeverbundteils 100 als metallische Kontaktelemente 20, (z. B. als Pins oder als Kontakte aus einer Cu-Legierung) ausgebildet. Die metallischen Kontaktelemente 20 sind zur Kontaktierung der elektronischen Einrichtung 21 mittels des Steckers vorsehen. Ein Abschnitt des Einlegeverbundteil 100 ist mittels eines sogenannten Vorumspritzlings 10 umspritzt, der vorzugsweise als eine Elastomer-Ummantelung ausgebildet ist. Der Vorumspritzling 10 ist in einem Übergangsbereich des Einlegeverbundteils 100 zu einem Spritzgießwerkzeug 40 (nicht dargestellt in 1) angeordnet, wobei der Übergangsbereich für eine finale Umspritzung des gesamten Einlegeverbundteils 100 mit einer thermoplastischen Masse eine Abdichtfläche gegenüber dem Spritzgießwerkzeug 40 darstellt. Der Übergangsbereich stellt im Wesentlichen eine planare Fläche dar, die lediglich von zwei kleinen Ummantelungsstrukturen der metallischen Kontaktelementen 20 („Hosen”) unterbrochen ist. Eine mechanische Stabilität des Einlegeverbundteils 100 wird hauptsächlich von einer Formgebung der genannten metallischen Teile beeinflusst. Durch eine gezielte Laschenausbildung, insbesondere durch eine Ausbildung von Versteifungen 30 der metallischen Laschen kann eine Biegesteifigkeit des Einlegeverbundteils 100 erhöht sein.
2 zeigt eine Schwachstelle einer Verbindung eines herkömmlichen Einlegeverbundteils 100 mit einem Spritzgießwerkzeug 40. Die Figur zeigt stark vereinfacht einen in ein Spritzgiewerkzeug 40 eingelegten herkömmlichen Einlegeverbundteil 100 während eines Umspritzvorgangs. Aufgrund der Tatsache, dass während des Umspritzens zeitweise ein hoher Anspritzdruck auf den Einlegeverbundteil 100 ausgeübt wird, kann die Biegesteifigkeit des Einlegeverbundteils 100 nicht über den Vorumspritzling 10 auf das Spritzgießwerkzeug 40 übertragen werden. Dies ist in 2 durch eine elliptische Markierung angedeutet, die ein leichtes Abkippen des Vorumspritzlings 10 und einen dadurch entstandenen Spalt zwischen dem Vorumspritzling 10 und dem Spritzgießwerkzeug 40 zeigt. Bei einer Querbelastung kann sich das Einlegeverbundteil 100 trotz der biegesteifen Ausführung der Metallteile im Übergangsbereich zum Spritzgießwerkzeug 40 verformen. Nachteilig kann somit in unerwünschter Weise thermoplastische Masse in den Spalt eindringen. Auf diese Weise können Spritzfehler, z. B. in Form von Spritzgradüberspritzungen, Einfallstellen usw. entstehen, die eine Gebrauchsfähigkeit der fertigen thermoplastischen Baugruppe sehr stark reduzieren bzw. sogar eliminieren können, wenn der Stecker die metallischen Kontaktelemente 20 nicht oder nur sehr schlecht elektrisch kontaktieren kann.
Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, dass der Einlegeverbundteil 100 derart ausgebildet ist, dass eine Verbesserung des thermoplastischen Herstellungsprozesses durch eine verbesserte Verbindung zwischen dem Einlegeverbundteil 100 und dem Spritzgießwerkzeug 40 möglich wird. 3 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einlegeverbundteils 100, welche eine Verlängerung bzw. Fortführung der mechanischen Verstärkungen bzw. Versteifungen 30 über den Übergangsbereich mit dem Spritzgießwerkzeug 40 (nicht dargestellt in 3) hinaus vorsieht. Eine der Verlängerungen der Versteifungen 30 ist in 3 durch eine elliptische Markierung verdeutlicht. Zudem weist der Vorumspritzling 10 nunmehr eine erste dreidimensionale Abdichtfläche 11 auf. Durch die Fortführung der Versteifungen 30 der Metallteile über den Übergangsbereich hinweg, gewissermaßen bis in das Spritzgießwerkzeug 40 hinein, kann eine mechanische Verformung des Systems Einlegeverbundteil 100/Spritzgießwerkzeug 40 stark reduziert bzw. eliminiert werden.
Mittels der Steifigkeit des Einlegeverbundteils 100 und der ersten dreidimensionalen Abdichtfläche 11, die ein Gegenstück in einer zweiten dreidimensionalen Abdichtfläche 41 („Negativkontur”) des Spritzgießwerkzeugs 40 hat, wird ein durchgängig steifes System bereitgestellt. Durch eine Ausführung von Anlageflächen der ersten dreidimensionalen Abdichtfläche 11 als vom Spritzgießwerkzeug 40 weggehend verjpüngende Flächen bzw. als auf einen Mittenbereich des Vorumspritzlings 10 zugewandte Flächen, wird eine besonders kontaktschlüssige Einlegeverbindung zwischen dem Einlegeverbundteil 100 und dem Spritzgießwerkzeug 40 erreicht.
4a zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einlegeverbundteils 100 vor einem Einlegen in ein Spritzgießwerkzeug 40, welches als ein metallisches Werkzeug zur Ausbildung einer Steckerkavität in einer thermoplastischen Baugruppe ausgebildet ist. Es ist erkennbar, dass das Spritzgießwerkzeug 40 eine zweite dreidimensionale Abdichtfläche 41 als eine Gegenfläche zur ersten dreidimensionalen Abdichtfläche 11 des Einlegeverbundteils 100 aufweist, wobei die zweite dreidimensionale Abdichtfläche 41 entsprechend zur ersten dreidimensionalen Abdichtfläche 11 ausgebildet ist. Abdichtebenen bzw. Anlageflächen der ersten dreidimensionalen Abdichtfläche 11 bzw. der zweiten dreidimensionalen Abdichtfläche 41 sind vorzugsweise als schräge Touchierflächen ausgebildet, wobei die Winkel relativ zu einer Längsausrichtung des Einlegeverbundteils 100 bzw. des Spritzgießwerkzeugs 40 vorzugsweise in einem Bereich von ungefähr 5 Grad bis ungefähr 10 Grad ausgebildet sind.
4b zeigt eine in ein Spritzgießwerkzeug 40 eingelegte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einlegeverbundteils 100. Es ist erkennbar, dass seitliche Auskragungen des Vorumspritzlings 10, die in ihrem Inneren die Versteifungen 30 der metallischen Kontaktelemente 20 aufweisen, an Anlageflächen der zweiten dreidimensionalen Abdichtfläche 41 angelegt sind. Auf diese Weise wird eine durchgängig steife, effektiv abdichtende Einheit mit dem Einlegeverbundteil 100 und dem Spritzgießwerkzeug 40 bereitgestellt. Eine unter hohem Druck aufgespritzte thermoplastische Masse kann daher die Kontaktschlüssigkeit zwischen dem Einlegeverbundteil 100 und dem Spritzgießwerkzeug 40 vorteilhaft nicht ungünstig beeinflussen. Im Ergebnis kann eine weitestgehend fehlerfreie thermoplastische Baugruppe mit einer darin ausgebildeten Steckerkavität hergestellt werden.
5 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine thermoplastische Baugruppe bzw. Vorrichtung 200, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden ist. Die thermoplastische Vorrichtung 200 weist eine mittels des Spritzgießwerkzeugs 40 (nicht dargestellt in 5) ausgebildete Steckerkavität 210 auf. Für die Herstellung der Steckerkavität 210 innerhalb der thermoplastischen Vorrichtung 200 wird vorzugsweise ein Spritzgießwerkzeug 40 in Form eines metallischen Steckerkerns verwendet. Der Steckerkern dient dazu, den Einlegeverbundteil 100 während des Umspritzvorgangs zu halten und eine Steckerkavität 210 innerhalb der thermoplastischen Vorrichtung 200 auszubilden. Die äußere Formgebung der thermoplastischen Vorrichtung 200 wird mittels formgebender Spritzgießwerkzeuge erreicht, die, weil sie für die Erfindung nicht wesentlich sind, in 5 nicht dargestellt sind.
Im Inneren der thermoplastischen Vorrichtung 200 ist der erfindungsgemäße Einlegeverbundteil 100 mit dem für Herstellungszwecke spezifisch ausgebildeten Vorumspritzling 10 erkennbar. Für einen operativen Betrieb der thermoplastischen Vorrichtung 200 mit der darin eingeschlossenen elektronischen Einrichtung 21 ist die spezifische Ausgestaltung des Einlegeverbundteils 100 unwesentlich. Ein in die thermoplastische Vorrichtung 200 einzuführender Stecker (nicht dargestellt in 5) wird auf die Kontaktelemente 20 bis zum Anschlag des Vorumspritzlings 10 aufgesteckt, wodurch eine sichere elektrisch leitende Verbindung zwischen der elektronischen Einrichtung 21 und dem Stecker hergestellt wird. Somit besteht ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, eine thermoplastische Baugruppe 200 mit einer Steckerkavität 210 bereitzustellen, deren Kontaktelemente 20 in der Lage sind, mit einem Stecker zuverlässig elektrisch zu kontaktieren.
Zusammenfassend wird mit der Erfindung ein verbessertes Herstellungsverfahren zum Herstellen einer thermoplastischen Baugruppe mit einer Steckerkavität bereitgestellt. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens serienmäßig eine funktionsfähige thermoplastische Vorrichtung erzeugt werden kann, wobei eine Steckerkavität der thermoplastischen Baugruppe weitestgehend frei von Spritzfehlern ist. Auf diese Weise wird vorteilhaft ein verbessertes Verbindungskonzept zwischen dem Einlegeverbundteil und dem Spritzgießwerkzeug zur Reduzierung von Verbiegungen im Steckerbereich bereitgestellt. Für ein ordnungsgemäßes Funktionieren der in die thermoplastische Vorrichtung eingeschlossenen elektronischen Einrichtung ist dies von besonderer Relevanz.
Im Ergebnis kann somit eine Wirtschaftlichkeit des Herstellungsprozesses durch ein Verringern bzw. Vermeiden von Ausschussware bedeutend erhöht sein.
Es ist für den Fachmann selbstverständlich, dass Merkmale der Erfindung geeignet miteinander kombiniert bzw. abgewandelt werden können, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006062311 A1 [0004]

Claims

Einlegeverbundteil (100) aufweisend wenigstens ein mittels eines Vorumspritzlings (10) umspritztes metallisches Kontaktelement (20), dadurch gekennzeichnet, dass der Vorumspritzling (10) eine erste dreidimensionale Abdichtfläche (11) zu einem Spritzgießwerkzeug (40) aufweist, wobei eine Versteifung (30) des Kontaktelements (20) über einen Übergangsbereich des Vorumspritzlings (10) mit dem Spritzgießwerkzeug (40) hinaus ausgebildet ist.
Einlegeverbundteil (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste dreidimensionale Abdichtfläche (11) vom Übergangsbereich mit dem Spritzgießwerkzeug (40) weggehend verjüngend ausgebildet ist.
Einlegeverbundteil (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Winkel von Verjüngungen der ersten dreidimensionalen Abdichtfläche (11) in einem Bereich von ungefähr 5 Grad bis ungefähr 10 Grad ausgebildet sind.
Einlegeverbundteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Anlageflächen der ersten dreidimensionalen Abdichtfläche (11) an entsprechende Anlageflächen einer zweiten dreidimensionalen Abdichtfläche (41) des Spritzgießwerkzeugs (40) angepasst sind.
Verfahren zum Herstellen einer thermoplastischen Vorrichtung (200) mit einer Steckerkavität (210), aufweisend die Schritte: – Einlegen eines Einlegeverbundteils (100) in ein Spritzgießwerkzeug (40), wobei ein Übergangsbereich zwischen dem Einlegeverbundteil (100) und dem Spritzgießwerkzeug (40) im Wesentlichen vollständig mittels dreidimensionaler Abdichtflächen (11, 41) des Einlegeverbundteils (100) und des Spritzgießwerkzeugs (40) abgedichtet wird, wobei wenigstens eine Versteifung wenigstens eines metallischen Kontaktelements (20) innerhalb eines Vorumspritzlings (10) über den Übergangsbereich hinaus ausgebildet ist; – Umspritzen des Einlegeverbundteils (100) und des Spritzgießwerkzeugs (40) mit Thermoplastmaterial mittels eines Formgebungswerkzeugs; und – Entfernen des Spritzgießwerkzeugs (40).
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Spritzgießwerkzeug (40) als eine Einrichtung zur Ausbildung einer Steckerkavität (210) ausgebildet ist.
Thermoplastische Vorrichtung (200) mit einer Steckerkavität (210), aufweisend ein Einlegeverbundteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6.