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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stecker mit Medienbarriere und ein Verfahren zum Herstellen eines Steckers gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 7.
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Stecker sind im Stand der Technik in vielerlei Ausführungsformen bekannt. Aus
DE 10 2013 215 369 A1 ist ein Stecker, insbesondere ein Steuergerätestecker einer Getriebesteuerung bekannt, bei welchem die zur elektrischen Kontaktierung notwenigen Metallpins mittels eines thermoplastischen Materials abgedichtet werden. Hierbei ergeben sich allerdings Probleme hinsichtlich der Dichtigkeit, da das vom thermoplastischen Material umspritzte Stanzgitter nicht zu 100 % vom Kunststoff abgedichtet wird. Folglich kann das Öl entlang der metallischen Stanzbahn bis hin zum sensiblen Innenraum der Getriebesteuerung kriechen.
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Aus der
US 2014102898 AA ist bekannt, zwei metallene Pins über einen leitfähigen Kunststoff elektrisch zu verbinden und die Pins und den leitfähigen Kunststoff mit einer nichtleitenden Isolierschicht zu ummanteln. Aus der
US 2010/144205 AA geht hervor, die metallischen Pins eines elektrischen Steckers mit einem elektrisch leitenden Polymer zu verbinden. In dem Polymer sind feinstverteilte Kohlenstoff-Nanoröhren (carbon nanotubes) enthalten. Das elektrisch leitende Polymer ist mit einer Schutz- und Isolierschicht ausgekleidet. In der
WO 12079644 A1 wird offenbart, den elektrischen Kontakt zwischen einem ersten leitenden Element und einem zweiten leitenden Element durch einen elektrisch leitenden Kunststoff zu vermitteln. In der
DE 10 2009 001 461 A1 wird erwähnt, in den Hohlraum eines dielektrischen Elementes ein leitfähiges Polymer zu füllen, um dadurch eine Leiterbahn zu realisieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen mediendichten Stecker mit mehreren Pins anzugeben. Eine weitere Aufgabe besteht in der Angabe eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen Steckers.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Vorgeschlagen wird ein Stecker, insbesondere für ein Steuergerät, mit mehreren elektrisch zueinander isolierten Pins, wobei jeder Pin einen erste elektrischen Leiter und einen zweiten elektrischen Leiter mit jeweils einem ersten Ende und einem zweiten Ende sowie ein elektrisch leitfähiges Kunststoffelement umfasst. In dem elektrisch leitfähigen Kunststoffelement sind das erste Ende des ersten elektrischen Leiters und das erste Ende des zweiten elektrischen Leiters beabstandet voneinander angeordnet. Dabei sind mehrere Pins von einem elektrisch isolierenden Kunststoffelement gehalten, derart, dass das elektrisch isolierende Kunststoffelement die elektrisch leitfähigen Kunststoffelemente der Pins umgibt, wobei das elektrisch isolierende Kunststoffelement im Bereich der zweiten Enden des ersten elektrischen Leiters eine Gegensteckerkontur ausbildet und die zweiten Enden des zweiten elektrischen Leiters freiliegen und ausgebildet sind zum Anschluss an zumindest eine Leiterbahn.
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Im Weiteren wird unter einer Gegensteckerkontur eine Kontur verstanden, welche durch den Kunststoff – auch als Moldmasse bezeichnet – gebildet ist. Diese Kontur ist dazu geeignet, eine Schnittstelle zu einem mechanisch kontaktierenden Gegenstecker zu schaffen. Die Kontur kann dabei entweder als Buchse oder als Stecker ausgebildet sein. Ferner kann die Kontur jede im konkreten Anwendungsfall benötigte Kontur annehmen um den Stecker einer externen elektronischen Schaltung aufzunehmen oder um von einer Steckerbuchse einer externen elektronischen Schaltung aufgenommen zu werden.
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Im Weiteren wird unter dem Begriff „elektrisch leitfähiges Kunststoffelement“ auch verstanden, dass es sich um einen elektrisch leitfähigen Gummi, einen elektrisch leitfähiges Keramikmaterial oder elektrisch leitfähige Kohle handeln kann. Der elektrisch leitfähige Kunststoff kann auf Basis eines leitfähigen Füllstoffes mit einer bestimmten elektrischen Leitfähigkeit bestehen. Durch die Kombination von metallischen Fasern im Mikromaßstab und Nanofüllstoffen kann die elektrische Leitfähigkeit verbessert werden. Ein Beispiel hierfür ist die Kombination von Kupferfasern mit Carbon-Nanotubes, einen Leitfähigkeitsruß und einer niedrig schmelzenden Metalllegierung in einer Polymermatrix aus Polyamid.
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Das elektrisch leitfähige Kunststoffelement, welches das erste Ende des ersten elektrischen Leiters und das erste Ende des zweiten elektrischen Leiters aufnimmt ist im Wesentlichen als ein dreidimensionaler Körper zu verstehen. Die jeweiligen Enden der elektrischen Leiter bzw. die Enden der elektrischen Leiter mit einem daran direkt anschließenden Abschnitt sind vollständig von dem elektrisch leitfähigen Kunststoffelement umschlossen. Das elektrisch isolierende Kunststoffelement ist derart zu verstehen, dass dieses Element das elektrisch leitfähige Kunststoffelement vollständig umgibt. Hierbei umschließt das elektrisch isolierende Kunststoffelement neben dem elektrisch leitfähigen Kunststoffelement auch einen aus diesem herausragenden Abschnitt des ersten und zweiten elektrischen Leiters.
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Die elektrischen Leiter können als Stanzgitter, Litze oder als leitender Draht ausgebildet sein.
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Das elektrisch leitfähige Material des ersten elektrischen Leiters und das elektrisch leitfähige Material des zweiten elektrischen Leiters können sich unterscheiden. Die bietet den Vorteil, dass der erste elektrische Leiter, welcher in Kontakt mit dem Öl stehen, in seiner Eigenschaft optimal für Ölbeständigkeit, Härte gegen Abnutzung, Korrosionsbeständigkeit ausgelegt sein kann. Wohingegen der zweite elektrische Leiter, welcher mit einer Leiterbahn einer z.B. Leiterplatte und dem Gehäuseinneren in Verbindung steht vorteilhaft in seinen Eigenschaften bezüglich der Wärmeausdehnung, Leiterplattenkontaktierbarkeit (=beispielsweise optimal für das Löten ausgelegt sein kann. Im Inneren eines Steuergerätegehäuses und auf der Leiterplatte entsteht im Betrieb üblicherweise Wärme. Diese Wärme kann zur Ausdehnung der Pins führen. Somit kann der Pin durch eine optimale Auswahl des Materials für den ersten und zweiten elektrischen Leiter speziell für diese Wärmeausdehnung ausgelegt sein, so dass die durch die Wärme bedingte Änderung seiner Länge optimal ausgleichen werden kann.
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Innerhalb des elektrisch leitfähigen Kunststoffelements können das erste Ende des ersten und/oder zweiten elektrischen Leiters eine oder mehrere Verzweigungen aufweisen. Mit anderen Worten, die elektrischen Leiter weisen am ersten Ende innerhalb des elektrisch leitfähigen Kunststoffelements Abschnitte mit unterschiedlichen Raumrichtungen auf. Damit wird gewährleistet, dass die elektrischen Leiter einen optimalen Halt in dem elektrisch leitfähigen Kunststoffelement haben, so dass ein Lösen der Leiter aus dem elektrisch leitfähigen Kunststoffelement erschwert ist. Darüber hinaus ist es möglich, dass durch eine geeignete Anordnung der am ersten Ende des ersten bzw. zweiten elektrischen Leiters innerhalb des elektrisch leitfähigen Kunststoffelements angeordneten Abschnitte die Kontaktfläche zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Leiter innerhalb des elektrisch leitfähigen Kunststoffelements vergrößert wird.
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Eine Kontaktfläche innerhalb des elektrisch leitfähigen Kunststoffelements ist im Folgenden derart zu verstehen, dass sich der erste und zweite elektrische Leiter nicht berühren, allerdings Abschnitte mit gleicher Raumrichtung aufweist. Es sei hier noch einmal darauf hingewiesen, dass innerhalb des elektrisch leitfähigen Kunststoffelements zwischen dem ersten elektrischen Leiter und dem zweiten elektrischen Leiter kein direkter Kontakt besteht. Eine elektrische Leitung ist ausschließlich über das elektrisch leitfähige Material des elektrisch leitfähigen Kunststoffelements möglich.
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Selbstverständlich besteht ein Stecker aus mehreren Pins. Bei paralleler Anordnung der Pins, d.h. die ersten elektrischen Leiter der Pins und die zweiten elektrischen Leiter der Pins sind in dem elektrisch isolierenden Kunststoffelement parallel zueinander angeordnet, sind die elektrisch leitfähigen Kunststoffelemente der Pins versetzt zueinander angeordnet. Dadurch ist es möglich, die Dichte der einzelnen Pins in dem elektrisch isolierenden Kunststoffelement zu erhöhen.
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Es ist ferner ein Steuergerät vorgeschlagen, umfassend ein Gehäusebodenelement, eine Gehäusedeckel und einen vorgeschlagenen Stecker. Der Stecker und das Gehäusebodenelement oder der Stecker und der Gehäusedeckel können einteilig ausgebildet sein. Dadurch können die einzelnen Herstellungsschritte verringert werden.
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Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Steckers vorgeschlagen, umfassend die Schritte:
- a) Bereitstellen eines ersten elektrischen Leiters und eines zweiten elektrischen Leiters,
- b) Einbringen des ersten elektrischen Leiters und des zweiten elektrischen Leiters in ein erstes Umspritzwerkzeug derart, dass das erste Ende des ersten elektrischen Leiters und das erste Ende des zweiten elektrischen Leiters zueinander beabstandet sind,
- c) Herstellen eines Pins, wobei in dem ersten Umspritzwerkzeug ein elektrisch leitendes Kunststoffelement gespritzt wird, das das erste Ende des ersten Leiters und das erste Ende des zweiten Leiters hält,
- d) Einbringen mehrerer Pins in ein zweites Umspritzwerkzeug derart, dass die ersten und/oder zweiten Leiter der einzelnen Pins parallel zueinander ausgerichtet sind,
- e) Umspritzen der elektrisch leitendenden Kunststoffelemente der Pins mit einem elektrisch isolierenden Kunststoff.
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Während Schritt e) kann im Bereich des zweiten Endes des ersten elektrischen Leiters eine Gegensteckerkontur ausgebildet werden.
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Die Erfindung sowie weitere Vorteile werden im Weiteren anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch einen beispielhaften Stecker mit einem einzelnen Pin in einer ersten Ausführungsform,
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2 schematisch einen beispielhaften Stecker mit einem einzelnen Pin in einer zweiten Ausführungsform,
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3 schematisch einen beispielhaften Stecker mit einem einzelnen Pin in einer dritten Ausführungsform,
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4 schematisch einen beispielhaften Stecker mit einem einzelnen Pin in einer vierten Ausführungsform.
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5 schematisch ein beispielhaftes Steuergerät mit einem Stecker, bestehend aus mehreren Pins.
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6 schematisch den Verfahrensablauf zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Steckers.
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1 zeigt schematisch einen Stecker S mit einem einzelnen Pin 6 in einer ersten Ausführungsform. Der Stecker S zeigt einen ersten elektrischen Leiter 1, z.B. einen ersten Metalleinleger sowie einen zweiten elektrischen Leiter 4, z.B. einen zweiten Metalleinleger. Die beiden Leiter 1, 4 weisen jeweils ein erstes Ende 12, 42 und ein zweites Ende 14, 44 auf. Das erste Ende 12 des ersten Leiters 1 und das erste Ende 42 des zweiten Leiters 4 sind in einem elektrisch leitenden Kunststoffelement 2 gehalten. In dem Kunststoffelement 2 sind die beiden Leiter 1, 4 voneinander beabstandet angeordnet, d.h. die beiden Leiter 1, 4 stehen nicht in direktem elektrischen Kontakt, d.h. die beiden Leiter 1, 4 berühren sich nicht, sondern weisen vielmehr einen vorgebbaren Abstand 5 zueinander auf. Das elektrisch leitende Kunststoffelement umgibt ferner einen Abschnitt 13, 43 der Leiter 1, 4. Im Weiteren wird als Pin 6 die Anordnung eines ersten elektrischen Leiters und eines zweiten elektrischen Leiters verstanden, deren jeweilige erste Enden in einem elektrisch leitenden Kunststoffelement gehalten sind.
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Das leitende Kunststoffelement 2 ist von einem elektrisch isolierenden Kunststoffelement 3 vollständig umgeben. Dieses elektrisch isolierende Kunststoffelement 3 umgibt ferner einen Abschnitt 11, 41 der elektrischen Leiter. Aus dem elektrisch isolierenden Kunststoffelement 3 ragen somit ein Abschnitt des ersten elektrischen Leiters 1 und ein Abschnitt des zweiten elektrischen Leiters 4 heraus. Das elektrisch isolierende Kunststoffelement 3 weist im Bereich des ersten elektrischen Leiters eine Gegensteckerkontur (nicht dargestellt) auf, mit welcher der Stecker verbindbar ist. Das freie Ende 44 des zweiten elektrischen Leiters ist vorgesehen mit einer Leiterbahn einer Leiterplatte eines Steuergeräts (nicht dargestellt) verbunden zu werden.
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Aus der Darstellung wird deutlich, dass vom ersten elektrischen Leiter 1 kommend, Öl im ungünstigen Fall lediglich bis zum ersten Ende 12 des elektrischen Leiters 1 im elektrisch leitenden Kunststoffelement 2 vordringen kann. Den Abstand zum ersten Ende 42 des zweiten Leiters 2 und von dort in den Bereich des freien Ende 44 des zweiten Leiters 4 kann das Öl allerdings aufgrund der für das Öl unüberwindbaren Barriere des elektrisch leitenden Kunststoffelements 2 zwischen dem ersten Ende 12 des ersten Leiters 1 und dem ersten Ende 42 des zweiten Leiters 4 nicht überwinden.
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2 bis 4 zeigen schematisch einen Stecker mit einem einzelnen Pin in einer zweiten, dritten und vierten Ausführungsform. Diese Ausführungsformen zeichnen sich im Wesentlichen dadurch aus, die Leiter 1, 4 innerhalb des elektrisch leitenden Kunststoffelements 2 Verzweigungen aufweist. Diese Verzweigungen sind Abschnitte 13, 43 der Leiter 1, 4 welche eine unterschiedliche Raumrichtung aufweisen, als die außerhalb des elektrisch leitenden Kunststoffelements 2 verlaufenden Abschnitte 11, 41 der Leiter 1, 4.
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Diese Verzweigungen dienen im Wesentlichen dadurch, dem Leiter 1, 4 innerhalb des elektrisch leitenden Kunststoffelements 2 einen verbesserten Halt zu ermöglichen, so dass z.B. auf Grund von Zugkräften der Leiter 1, 4 nicht aus dem Kunststoffelement 2 gelöst werden kann. Außerdem wird durch diese Art der Anordnung die Kontaktfläche der beiden Leiter 1, 4 bzw. parallel verlaufende Abschnitte der beiden Leiter 1, 4 vergrößert.
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2 zeigt eine Anordnung, bei welcher die Leiterverzweigungen des ersten Leiters 1 die Leiterverzweigungen des zweiten Leiters 4 umgeben. In 3 greifen die Verzweigungen der beiden Leiter 1, 4 kammartig ineinander. In 4 ist die Verzweigung des zweiten Leiters als Hohlzylinder ausgebildet, in welcher der erste Leiter eingreift. Das erste Ende des ersten Leiters ist dabei pyramidenförmig ausgebildet.
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5 zeigt schematisch ein beispielhaftes Steuergerät SG mit einem Stecker S, bestehend aus mehreren Pins 6. Das Steuergerät SG weist einen Gehäuseboden 7 und einen Gehäusedeckel 8 auf. Zwischen dem Gehäuseboden 7 und dem Gehäusedeckel 8 ist der Stecker S ausgebildet. Selbstverständlich kann der Stecker S auch in den Gehäuseboden 7 oder den Gehäusedeckel 8 integriert sein oder an den Gehäuseboden 7 oder den Gehäusedeckel 8 angeformt sein.
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Der Stecker S mit einer Gegensteckerkontur GS besteht aus mehreren Pins 6, welche in einem elektrisch isolierenden Kunststoffelement 3 eingebettet sind. Die einzelnen Pins 6 sind entsprechend den Anforderungen des zu verbindenden Gegensteckers (nicht dargestellt) angeordnet. Aus 5 ist zu erkennen, dass die einzelnen Pins 6 versetzt zueinander angeordnet sind und zwar derart, dass die elektrisch leitenden Kunststoffelemente 2 der einzelnen Pins 6 versetzt zueinander angeordnet sind. Die ersten Leiter 1 der einzelnen Pins 6 und die zweiten Leiter 4 der einzelnen Pins 6 verlaufen parallel. Die ersten Leiter 1 der Pins 6 sind nach Außen geführt und bilden die Kontakte für einen Gegenstecker (nicht dargestellt). Die zweiten Leiter 4 sind in das Innere des Steuergerätes SG geführt und sind mit den Leiterbahnen 10 auf oder in einer Leiterplatte 11 kontaktiert. Auf der Leiterplatte 11 sind zudem ein oder mehrere elektrische Bauelemente 12 angeordnet.
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6 zeigt den beispielhaften Ablauf zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Steckers. In einem ersten Schritt 601 werden ein erster elektrischer Leiter und eine zweiter elektrische Leiter bereitgestellt. In einem zweiten Schritt 602 werden der erste elektrische Leiter und der zweite elektrische Leiter in ein erstes Umspritzwerkzeug eingebracht. Dabei werden das erste Ende des ersten elektrischen Leiters und das erste Ende des zweiten elektrischen Leiters zueinander beabstandet angeordnet. Mit anderen Worten in dem ersten Umspritzwerkzeug sind die beiden elektrischen Leiter derart angeordnet, dass sich die beiden Leiter nicht berühren. In einem dritten Schritt 603 wird ein Pin hergestellt, wobei in dem ersten Umspritzwerkzeug ein elektrisch leitendes Kunststoffelement gespritzt wird, das das erste Ende des ersten Leiters und das erste Ende des zweiten Leiters hält. Mit anderen Worten das erste Ende des ersten Leiters und das erste Ende des zweiten Leiters werden mit einem elektrisch leitendes Kunststoff umspritzt. In einem vierten Schritt 604 werden mehrerer Pins in ein zweites Umspritzwerkzeug derart eingebacht, dass die ersten und/oder zweiten Leiter der einzelnen Pins parallel zueinander ausgerichtet sind. In einem fünften Schritt 605 werden die elektrisch leitendenden Kunststoffelemente der Pins mit einem elektrisch isolierenden Kunststoff umspritzt.
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In dem fünften Schritt 605 wird gleichzeitig die Gegensteckkontur gespritzt.
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Bezugszeichenliste
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- S
- Stecker
- SG
- Steuergerät
- GS
- Gegensteckerkontur
- 1
- erster Leiter
- 2
- elektrisch leitfähiges Kunststoffelement
- 3
- elektrisch isolierendes Kunststoffelement
- 11
- Abschnitt erster Leiter
- 13
- Abschnitt erster Leiter
- 12
- erstes Ende erster Leiter
- 14
- zweites Ende erster Leiter
- 1v
- Verzweigung erster Leiter
- 4
- zweiter Leiter
- 41
- Abschnitt zweiter Leiter
- 42
- erstes Ende zweiter Leiter
- 43
- Abschnitt zweiter Leiter
- 44
- zweites Ende zweiter Leiter
- 4v
- Verzweigung zweiter Leiter
- 5
- Abstand
- 6
- Pin
- 7
- Gehäuseboden
- 8
- Gehäusedeckel
- 10
- Leiterbahn
- 11
- Leiterplatte
- 13
- elektrisches Bauteil
- 601
- erster Schritt
- 602
- zweiter Schritt
- 603
- dritter Schritt
- 604
- vierter Schritt
- 605
- fünfter Schritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013215369 A1 [0002]
- US 2014102898 AA [0003]
- US 2010144205 AA [0003]
- WO 12079644 A1 [0003]
- DE 102009001461 A1 [0003]
