DE102015225026A1

DE102015225026A1 - Verfahren zum Abdichten von Komponenten für ein Kraftfahrzeug und Vorrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015225026A1
Application number: DE102015225026.1A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Frank; Björn Pucher; Peter Fischer
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2017-06-14

Abstract

Ein Verfahren zum Abdichten von Komponenten für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Bereitstellen eines ersten Elements (10) und eines zweiten Elements (20), das in der Ausnehmung (14) des ersten Elements (10) angeordnet ist. Das Verfahren umfasst weiter ein Einbringen von Additiven in das erste Element (10) in einem Bereich einer Grenzfläche (5), die als Übergang der zueinander angrenzender zweiter Bereiche (12, 22) des ersten und zweiten Elements (10, 20) ausgebildet ist, welche freiliegend ausgebildet sind. Das Verfahren umfasst weiter ein Freilegen der an der Grenzfläche (5) des ersten Elements (10) und des zweiten Elements (20). Außerdem umfasst das Verfahren ein chemisches Abscheiden eines vorgegebenen Materials und dadurch Ausbilden einer Dichtungsschicht (3) an dem ersten Element (10) und dem zweiten Element (20) und dadurch Abdichten der Grenzfläche (5).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abdichten von Komponenten für ein Kraftfahrzeug sowie eine Vorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die dazu geeignet sind, eine Grenzfläche zwischen zwei Komponenten für ein Kraftfahrzeug zuverlässig abzudichten.
Bei einer Konstruktion von Kraftfahrzeugen ist es unter anderem erforderlich, zusammenwirkende Bauteile und Bereiche des Kraftfahrzeugs zuverlässig abzudichten, um beispielsweise ein unerwünschtes Ein- oder Austreten von Feuchtigkeit zu vermeiden und die Bauteile gegen Beschädigung zu schützen. Dies betrifft zum Beispiel Baugruppen mit zwei Komponenten, die einen Kontaktbereich aufweisen, welcher vor Einwirkungen von umgebenden Medien geschützt werden soll. Zumeist weist ein solcher Kontaktbereich eine Grenzfläche auf, die sich im Wirkungsbereich eines umgebenden Mediums befindet und die anfällig für ein unerwünschtes Eintreten des Mediums ist.
Es ist eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ein Verfahren zum Abdichten von Komponenten für ein Kraftfahrzeug und eine Vorrichtung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die dazu geeignet sind, eine Grenzfläche zwischen zusammenwirkenden Komponenten zuverlässig abzudichten.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Abdichten von Komponenten für ein Kraftfahrzeug ein Bereitstellen eines ersten Elements mit einer Ausnehmung und eines zweiten Elements, das in der Ausnehmung des ersten Elements angeordnet ist. Das erste und zweite Element weisen jeweils eine Außenwand mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich auf, wobei der erste Bereich jeweils in Kontakt mit dem anderen ersten Bereich ist, und der zweite Bereich jeweils freiliegend ausgebildet ist. Der jeweilige zweite Bereich der beiden Elemente ist freiliegend ausgebildet und steht somit nicht in Kontakt mit dem jeweiligen anderen Element. Das Verfahren umfasst weiter ein Einbringen von Additiven in das erste Element in einem Bereich einer Grenzfläche, die als Übergang der zueinander angrenzenden zweiten Bereiche des ersten und zweiten Elements ausgebildet ist. Das Verfahren umfasst weiter ein Freilegen der Additive des ersten Elements im Bereich der Grenzfläche. Außerdem umfasst das Verfahren ein chemisches Abscheiden eines vorgegebenen Materials und dadurch Ausbilden einer Dichtungsschicht an dem ersten Element und dem zweiten Element und dadurch Abdichten der Grenzfläche zwischen den beiden Elementen.
Mittels des beschriebenen Verfahrens ist es möglich, Grenzflächen zweier zusammenwirkender Komponenten für ein Kraftfahrzeug zuverlässig abzudichten und somit ein unerwünschtes Ein- und/oder Austreten eines Mediums zu verhindern oder zumindest zu erschweren. Die zusammenwirkenden Komponenten sind in diesem Zusammenhang das erste und zweite Element, welche zumindest teilweise in Kontakt miteinander sind. Mittels Abdichten durch chemisches Abscheiden eines vorgegebenen Materials kann die Grenzfläche zwischen den beiden Elementen verlässlich abgedichtet werden und somit ein betriebssicherer Zustand der zusammenwirkenden Elemente erreicht werden.
Außerdem wird die Grenzfläche mittels des beschriebenen Verfahrens vor Beschädigungen, wie das Entstehen von Spalten oder Rissen geschützt, und es wird ein Beitrag für eine erhöhte Lebensdauer des betriebsfertigen Zustands geleistet. Die chemisch abgeschiedene Dichtungsschicht weist in Abhängigkeit des vorgegebenen Materials eine zuverlässige chemische Beständigkeit auf und kann im Vergleich zu alternativen Methoden des Abdichtens hohe mechanische Spannungen kompensieren. Die Dichtungsschicht wirkt somit einer unerwünschten Distanzierung der beiden Elemente, einer sogenannten Delamination, sowie einem Aufreißen eines oder beider Elemente zuverlässig entgegen. Somit ist es nicht erforderlich, die Grenzfläche zwischen den beiden Elementen mittels Vergüsse, Kleber, Imprägnationen oder elastischer Dichtungselemente, wie O-Ringe oder Dichtungslippen, abzudichten, welche üblicherweise eine geringere Beständigkeit gegen mechanische Spannungen und chemische Reaktionen aufweisen.
Mittels der chemisch abgeschiedenen Dichtungsschicht wird ein Dichtungselement realisiert, das zwischen den abzudichtenden Elementen eine oder mehrere abdichtende Materialschichten ausbildet, die aufgrund von molekularen Bindungskräften an dem ersten und zweiten Element anhaften. Im Unterschied dazu beruhen alternative Methoden des Abdichtens auf Adhäsion (Kleber, Imprägnation, Vergüsse) oder als elastischer Pressverband auf der Bildung eines Formschlusses (O-Ring, Dichtungslippe). Die Dichtungsschicht besteht beispielsweise aus Metallpartikeln, wie Kupfer, oder weist solche auf und bildet als kontinuierliche Materialschicht eine zuverlässige Abdichtung gegen ein unerwünschtes Ein- und/oder Austreten von Fremdpartikeln und/oder eines umgebenden Mediums.
Um das chemische Abscheiden des vorgegebenen Materials und das Ausbilden und Anhaften der Dichtungsschicht zu ermöglichen, weist das erste Element oder gegebenenfalls auch beide Elemente Additive in dem Bereich der Grenzfläche auf, die für ein Ablagern des chemisch abscheidenden Materials zugänglich sein müssen. Die Additive wirken als Trägerpartikel und fungieren als Keimzellen für die auszubildende Dichtungsschicht und sind vorteilhaft aus demselben Material ausgebildet wie das chemisch abzuscheidende Material. Sie fungieren als mechanische Verankerungen für das chemische Abscheiden des vorgegebenen Materials und können zum Beispiel direkt Bestandteile einer Legierung oder des ersten Elements oder beider Element sein.
Beispielsweise ist das erste Element als Kunststoffkomponente ausgebildet und weist Additive in Form von Metallpartikeln auf während das zweite Element als Metallkomponente ausgebildet ist und teilweise in dem ersten Element angeordnet ist oder dieses vollständig durchdringt. Die Additive werden in das erste Element im Bereich der Grenzfläche eingebracht oder sind zum Beispiel einer Substanz beigemischt aus der die Kunststoffkomponente ausgeformt wird und somit das erste Element realisiert. Nach Freilegen der Metallpartikel an einer Oberfläche des ersten Elements im Bereich der Grenzfläche kann das chemische Abscheiden kontrolliert erfolgen. Das Freilegen kann zum Beispiel mittels mechanischen oder lasertechnischen Entfernens eines Kunststoffhäutchens an der Oberfläche des ersten Elements um das eindringende zweite Element durchgeführt werden.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Verfahren ein Einbringen von Additiven in das zweite Element im Bereich der Grenzfläche und ein Freilegen der Additive des ersten Elements und des zweiten Elements an der Grenzfläche.
Auf diese Weise wird das Verfahren dahingehend erweitert, dass auch das zweite Element, welches zumindest teilweise in der Ausnehmung des ersten Elements angeordnet ist, mit Additiven versehen wird, um ein chemisches Abscheiden des vorgegebenen Materials und Ausbilden der Dichtungsschicht an beiden Elementen zu ermöglichen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das erste und zweite Element aus einem Material gefertigt sind, welches alleine kein oder kein hinreichendes chemisches Abscheiden ermöglicht. Beispielsweise sind das erste Element und das zweite Element Kunststoffkomponenten, die Metallpartikel als Additive aufweisen, welche nach Freilegen das chemische Abscheiden ermöglichen. Somit ist mittels des beschriebenen Verfahrens auch ein zuverlässiges Abdichten von zueinander angrenzenden Kunststoffkomponenten möglich.
Die Additive sind nutzbringend so ausgestaltet, dass ein zuverlässiges chemisches Abscheiden und Ausbilden der Dichtungsschicht möglich ist. Sie müssen nicht zwangsläufig als Metallpartikel ausgebildet sein. Metallpartikel und eine metallische Dichtungsschicht sind aber unter anderem aufgrund eines zugehörigen Wärmeausdehnungskoeffizienten vorteilhaft, um thermische Spannungen kompensieren zu können und der Neigung zu Rissbildung entgegenzuwirken.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Abscheiden der Dichtungsschicht an dem ersten Element und dem zweiten Element ein galvanisches Abscheiden der Dichtungsschicht und dadurch Abdichten der Grenzfläche zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element.
Diese Weiterbildung des Verfahrens ermöglicht es, die ausgebildete Dichtungsschicht zu verstärken und/oder zu versiegeln, um die Zuverlässigkeit der Abdichtung weiter zu erhöhen. Mittels galvanischen Abscheidens ist es unter anderem möglich, eine Schichtdicke der Dichtungsschicht zu vergrößern und beispielsweise nach dem chemischen Abscheiden und Ausbilden der Dichtungsschicht einen Korrosionsschutz für die Grenzfläche auszubilden. Beispielhafte Materialien, die für einen solchen Zweck geeignet sind, sind Edelmetalle, wie Silber, Gold und Kupfer.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das Einbringen von Additiven in das erste Element oder in das erste und zweite Element im Bereich der Grenzfläche vor dem Bereitstellen des ersten Elements und des zweiten Elements, sodass das erste Element oder das erste und zweite Element mit Additiven bereitgestellt werden.
Mittels dieser Weiterbildung des Verfahrens wird darauf hingewiesen, dass die Additive für das chemische und/oder galvanische Abscheiden bereits in oder an dem ersten oder dem ersten und dem zweiten Element angeordnet beziehungsweise eingebracht sein können. Dies ist insbesondere nutzbringend, wenn eines oder beide Elemente aus Kunststoff gefertigt sind, sodass bei der Herstellung des oder der Elemente dem Rohmaterial bereits die gewünschten Additive beigemischt werden, aus dem das oder die Elemente gefertigt werden. Beispielsweise ist das zweite Element bereits als Kunststoff- oder Metallkomponente ausgebildet und mit Additiven versehen und wird teilweise von einer Substanz umspritzt, die Additive aufweist und die in einem Endzustand das erste Element ausbildet.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Freilegen der Additive an der Grenzfläche des ersten und zweiten Elements ein thermisches und/oder mechanisches Bearbeiten einer Oberfläche des ersten Elements oder der Oberfläche des ersten Elements und einer Oberfläche des zweiten Elements im Bereich der Grenzfläche.
Beispielsweise werden die Additive mittels Schleifen, Fräsen oder Laserbearbeitung freigelegt, sodass ein Teil der Oberfläche des ersten Elements oder des ersten Elements und des zweiten Elements aufgeraut und abgetragen wird, um ein chemisches und/oder galvanisches Abscheiden zu ermöglichen.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Bereitstellen des ersten und zweiten Elements ein vorheriges Um- oder Anspritzen des zweiten Elements und dadurch Ausbilden des ersten Elements und Anordnen des zweiten Elements in der Ausnehmung des ersten Elements.
Dadurch, dass das zweite Element teilweise mit einem Rohmaterial umspritzt wird, aus welchem das erste Element ausgebildet wird, ist das zweite Element zwangsläufig in der Ausnehmung des ersten Elements angeordnet. Anders formuliert weist das erste Element aufgrund des An- oder Umspritzens eine Ausnehmung auf, die durch die geometrische Ausgestaltung eines Teils des zweiten Elements begründet ist, welches umspritzt wird. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn das zweite Element als metallischer Leiter realisiert ist, welcher eine Kunststoffdurchführung durchdringt, die mittels Spritzguss hergestellt das erste Element ausbildet. Alternativ können aber das erste und zweite Element separat hergestellt werden, sodass zum Beispiel der metallische Leiter nachträglich in die bereits ausgestaltete Kunststoffdurchführung eingeführt wird. Das beschriebene Verfahren ermöglicht auch in einem solchen Fall ein zuverlässiges und sicheres Abdichten der Grenzfläche zwischen den beiden Elementen mittels chemischen und/oder galvanischen Abscheidens und Ausbilden der Dichtungsschicht.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Einbringen von Additiven in das erste Element oder in das erste und zweite Element im Bereich der Grenzfläche ein Einbringen von Metallpartikeln.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst eine Vorrichtung für ein Kraftfahrzeug ein erstes Element, das eine Ausnehmung und eine Außenwand mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich aufweist, sowie ein zweites Element, das in der Ausnehmung des ersten Elements angeordnet ist und das ebenfalls eine Außenwand mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich aufweist. Die jeweiligen ersten Bereiche des ersten und zweiten Elements sind jeweils in Kontakt mit dem anderen ersten Bereich, während die jeweiligen zweiten Bereiche freiliegend ausgebildet sind. Außerdem umfasst die Vorrichtung eine Dichtungsschicht, die mittels chemischen und/oder galvanischen Abscheidens an dem ersten und zweiten Element aufgebracht ist und eine Grenzfläche, die als Übergang der zueinander angrenzenden zweiten Bereiche des ersten und zweiten Elements ausgebildet ist, abdichtet.
Eine solche Vorrichtung realisiert ein zuverlässig und sicher abgedichtetes Bauteil für ein Kraftfahrzeug, das ein unerwünschtes Ein- und/oder Austreten eines umgebenden Mediums verhindert oder zumindest erschwert. Eine solche Vorrichtung kann insbesondere mittels eines der zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt werde, sodass sämtliche für das Verfahren beschriebenen Eigenschaften und Merkmale auch für die Vorrichtung offenbart sind und umgekehrt.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung weist das erste Element und/oder das erste und zweite Element Additive auf, die im Bereich der Grenzfläche jeweils in oder an dem ersten oder dem zweiten Element angeordnet sind und an denen die Dichtungsschicht abgeschieden ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung ist die Dichtungsschicht stoff- und/oder formschlüssig mit dem ersten Element und dem zweiten Element gekoppelt.
Mittels dieser Weiterbildungen wird darauf hingewiesen, dass das chemische und/oder galvanische Abscheiden einen stoff- und/oder formschlüssigen Verbund der Dichtungsschicht mit der jeweiligen aktivierten beziehungsweise aufgerauten Oberfläche des ersten oder des ersten und zweiten Elements realisiert. Auf diese Weise ist der Bereich der Grenzfläche zuverlässiges abgedichtet und angrenzende Medien werden am Eintreten durch die Grenzfläche zwischen der Materialpaarung gehindert.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung sind die Additive als Metallpartikel ausgebildet.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung umfasst die Dichtungsschicht eine Metallschicht.
Die Dichtungsschicht ist beispielsweise mittels chemischen Abscheidens als Kupferschicht ausgebildet und gegebenenfalls mittels galvanischen Abscheidens einer Goldschicht zusätzlich versiegelt. Die Dichtungsschicht kann somit einschichtig oder mehrschichtig aus gleichen oder verschiedenen Materialien ausgebildet sein.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung durchdringt das zweite Element das erste Element.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung weisen das erste Element Kunststoff und das zweite Element Kunststoff und/oder Metall auf.
Das zweite Element kann als elektrischer Leiter realisiert sein und das aus Kunststoff gefertigte erste Element vollständig durchdringen. Somit sind an einer Ober- und Unterseite des ersten und zweiten Elements Grenzflächen ausgebildet, die jeweils als Grenzbereiche der jeweiligen zweiten freiliegenden Bereiche des ersten und zweiten Elements ausgebildet sind. Die eine oder mehrere Grenzflächen stellen somit den Bereich dar, an dem die kontaktierenden ersten Bereiche der beiden Elemente enden und die freiliegenden zweiten Bereiche anfangen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1A–1C Ausführungsbeispiel von Schritten eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung mit einer Dichtungsschicht für ein Kraftfahrzeug,
2A–2C ein weiteres Ausführungsbeispiel von Schritten eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung mit einer Dichtungsschicht für ein Kraftfahrzeug,
3 ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Abdichten von Komponenten für ein Kraftfahrzeug.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind gegebenenfalls nicht allen illustrierten Figuren sämtliche dargestellten Elemente mit Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die 1A bis 1C zeigen ein Ausführungsbeispiel für Schritte eines Verfahrens zum Herstellen einer Vorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug, welche eine Dichtungsschicht 3 aufweist, die mittels chemischen und/oder galvanischen Abscheidens ausgebildet ist und ein zuverlässiges und sicheres Abdichten zweier zusammenwirkender Komponenten ermöglicht. Ein solches Verfahren kann beispielsweise gemäß dem in 3 dargestellten Ablaufdiagramm erfolgen. 1A zeigt in perspektiver Ansicht verschiedene Position im Rahmen eines Herstellungsprozesses der Vorrichtung 1. 1B illustriert Querschnitte korrespondierend zu den in 1A dargestellten Positionen. 1C stellt korrespondierend zu 1B vergrößerte Ansichten gekennzeichneter Bereiche X, Y und Z dar.
In einem Schritt S11 wird ein zweites Element 20 bereitgestellt, welches beispielsweise als Kunststoffkomponente ausgebildet ist. In einem weiteren Schritt S3 wird das zweite Element 20 in einer Ausnehmung eines ersten Elements 10 angeordnet, welches in diesem Ausführungsbeispiel auch als Kunststoffkomponente ausgebildet ist. Ein solcher Kunststoff-Kunststoff-Verbund des ersten und zweiten Elements 10 und 20 kann aus Kunststoffkomponenten unterschiedlichen oder identischen Materials ausgestaltet sein. Das zweite Element 20 ist teilweise in der Ausnehmung des ersten Elements 10 angeordnet und somit teilweise von diesem umschlossen. Das erste und zweite Element 10 und 20 können vorgefertigt bereitgestellt werden oder das erste Element 10 wird beispielsweise im Rahmen eines Spritzgussverfahrens an- oder um das zweite Element 20 gespritzt.
Das erste und zweite Element 10 und 20 weisen jeweils einen ersten Bereich 11 und 21 und einen zweiten Bereich 12 und 22 auf. Der jeweilige erste Bereich 11 und 21 ist in Kontakt mit dem jeweils anderen ersten Bereich 21 und 11, sodass die ersten Bereiche 11 und 21 einen Kontaktbereich zwischen den beiden Elementen 10 und 20 realisieren. Die jeweiligen zweiten Bereiche 12 und 22 sind freiliegend ausgebildet, sodass diese zweiten Bereiche 12 und 22 nicht in Kontakt mit dem jeweils anderen Element 20 und 10 sind.
Die Vorrichtung 1 weist weiter eine oder mehrere Grenzflächen 5 auf, die als Übergang der jeweils zweiten Bereiche 12 und 22 des ersten und zweiten Elements 10 und 20 ausgebildet ist. Anders formuliert stellt die Grenzfläche 5 einen Bereich der Oberflächen des ersten und zweiten Elements 10 und 20 dar, an dem die kontaktierenden ersten Bereiche 11 und 21 der beiden Elemente 10 und 20 enden und die freiliegenden zweiten Bereiche 12 und 22 anfangen. Somit stellt die Grenzfläche 5 einen Bereich dar, der gegebenenfalls sensibel für ein Eindringen eines umgebenden Mediums ist und der dementsprechend zuverlässig abzudichten ist. Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung 1 im Bereich der Grenzfläche die Dichtungsschicht 3 auf, welche ein nutzbringendes Abdichten realisiert und Beschädigungen wie Spalten- oder Rissbildung sowie einem unerwünschten Ein- und/oder Austreten von Fremdpartikeln oder eines umgebenden Mediums zuverlässig entgegenwirkt.
Bevor die Dichtungsschicht 3 ausgebildet wird, werden Additive in dem Bereich der Grenzfläche in das erste und das zweite Element 10 und 20 eingebracht, die ein chemisches und/oder galvanisches Abscheiden eines vorgegebenen Materials und ein Ausbilden der Dichtungsschicht 3 ermöglichen. Ein solches Einbringen von Additiven kann in einem weiteren Schritt des Verfahrens erfolgen oder die Additive sind bereits bei der Ausgestaltung des ersten und zweiten Elements 10 und 20 eingebracht worden. Beispielsweise sind die beiden Elemente 10 und 20 mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt, sodass dem aufzuspritzenden Rohmaterial die gewünschten Additive bereits beigemischt worden sind.
In einem weiteren Schritt S5 werden die Additive an der Oberfläche des ersten und zweiten Elements 10 und 20 thermisch und/oder mechanisch, zum Beispiel mittels Schleifen, Fräsen und/oder Laserbearbeiten, im Bereich der Grenzfläche 5 freigelegt, um die Additive für das chemisch und/oder galvanisch abzuscheidende Material zugänglich zu machen und ein zuverlässiges und kontrolliertes Ausbilden der Dichtungsschicht 3 zu ermöglichen. Die freigelegten Additive wirken dabei als Trägerpartikel und fungieren als Keimzellen für die auszubildende Dichtungsschicht 3 und sind vorteilhaft aber nicht zwangsläufig aus demselben Material ausgebildet, wie das abzuscheidende Material. Beispielsweise sind die Additive Kupferpartikel, die dem Rohmaterial des ersten und zweiten Elements 10 und 20 vor der Ausbildung als Kunststoffkomponenten beigemischt wurden. Sie fungieren als mechanische Verankerungen für das chemische und/oder galvanische Abscheiden des vorgegebenen Materials.
In einem weiteren Schritt S7 kann die ausgebildete Dichtungsschicht 3 weiter verstärkt werden, indem beispielsweise mittels galvanischem Abscheiden eine weitere Metallschicht im Bereich der Grenzfläche 5 aufgetragen wird.
Auf diese Weise ist es möglich, die ausgebildete Dichtungsschicht 3 zu versiegeln, um die Zuverlässigkeit der Abdichtung zu erhöhen und einen Korrosionsschutz für die Grenzfläche 5 auszubilden. Beispielsweise wird eine weitere Metallschicht aus Gold mittels galvanischen Abscheidens auf der Dichtungsschicht 3 aufgebracht. Die Dichtungsschicht 3 ist somit mehrschichtig aufgebaut und umfasst zum Beispiel eine Kupfer- und eine Goldschicht. Alternativ oder zusätzlich können auch andere wie Silber und/oder Kupfer mittels chemischen und/oder galvanischen Abscheidens aufgetragen werden.
In den 2A bis 2C ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für Schritte eines Verfahrens zum Herstellen einer Vorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt, welche eine oder mehrere Dichtungsschichten 3 aufweist, die mittels chemischen und/oder galvanischen Abscheidens ausgebildet sind. Ein solches Verfahren kann gemäß dem in 3 dargestellten Ablaufdiagramm erfolgen. 2A zeigt in perspektiver Ansicht verschiedene Position im Rahmen eines Herstellungsprozesses der Vorrichtung 1. 2B illustriert Querschnitte korrespondierend zu den in 2A dargestellten Positionen. 2C stellt korrespondierend zu 2B vergrößerte Ansichten gekennzeichneter Bereiche A, B und C dar.
Im Unterschied zu den in den 1A bis 1C dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 ist das zweite Element 20 in diesem Ausführungsbeispiel als metallischer Leiter ausgestaltet, welcher keiner zusätzlichen Additive für ein chemisches und/oder galvanisches Abscheiden bedarf. Somit ist durch die Vorrichtung 1 ein Metall-Kunststoff-Verbund realisiert, bei dem das zweite Element 20 das erste Element 10 durchdringt und an einer Ober- und Unterseite des ersten und zweiten Elements 10 und 20 jeweils eine Grenzfläche 5 ausgebildet ist. Mittels des beschriebenen Verfahrens kann folglich eine oder beide Grenzflächen durch Ausbilden einer jeweiligen Dichtungsschicht 3 abgedichtet werden.
Somit repräsentiert dieses Ausführungsbeispiel eine zuverlässige Abdichtung von durch eine Kunststoffkomponente hindurchtretende und/oder teilumspritzte metallische Leiter, welche insbesondere in Bezug auf Kraftfahrzeuge eine Notwendigkeit einer zuverlässigen Abdichtung aufweisen, bei der alternative Abdichtungsverfahren häufig keine ausreichende und/oder langanhaltende Wirkung zeigen. So können mittels des beschriebenen Verfahrens insbesondere kupferhaltige Leiterdurchführungen (zweites Element 20) abgedichtet werden, die durch von ein Kunststoffgehäuse (erstes Element 10) umgeben sind.
Das beschriebene Verfahren realisiert eine Abdichtungsmethode, bei dem beispielsweise ein beliebig geformter Leiter (zweites Element 20) mit signifikantem Kupferanteil durch ein Spritzgussverfahren mit einem thermoplastischen Kunststoff (erstes Element 10) umspritzt wird. Auf diese Weise wird das erste Element 10 um das zweite Element 20 herum ausgebildet, wobei vor dem Spritzgussprozess das Kunststoffrohmaterial, beispielsweise ein Granulat, zum Ausbilden des ersten Elements 10 vorgegeben mit Kupferpartikeln versetzt wird, die sich während des Spritzgussprozesses gleichmäßig in der Spritzgusskomponente (erstes Element 10) verteilen. Aufgrund des Spritzgießens sind die Additive üblicherweise nicht an der Oberfläche des ausgebildeten ersten Elements 10 anzutreffen, sodass die Oberfläche des ersten Elements 10 in dem Bereich der Grenzfläche 5 thermisch und/oder mechanisch behandelt wird und die Kupferpartikel freigelegt werden.
Anschließend wird zum Beispiel Kupfer chemisch abgeschieden und es bildet sich auf der Kunststoffkomponente (erstes Element 10) in dem Bereich der Grenzfläche 5 auf oder an den freiliegenden Metallpartikeln die Dichtungsschicht 3 aus. Dabei lagert sich die Dichtungsschicht 3 auch auf dem metallischen Leiter (zweites Element 20) ab und überzieht dieses gegebenenfalls vollständig, sofern der freiliegende zweite Bereich 22 des zweiten Elements 20 im Einflussbereich des chemischen und/oder galvanischen Abscheidens angeordnet ist. Bei Bedarf kann die chemisch abgeschiedene Dichtungsschicht 3 noch weiter mittels galvanischen Abscheidens und Ausbilden einer weiteren Metallschicht überzogen werden, sodass eine stabile Dichtungsschicht 3 realisiert wird, die dann zum Beispiel einen zusätzlich Korrosionsschutz aufweist und eine besonders zuverlässige Abdichtung ausbildet.
Auf diese Weise können unterschiedliche Materialparameter zuverlässig abgedichtet werden, sodass insbesondere Durchkontaktierungen gegen ein unerwünschtes Ein- und/oder Austreten eines Mediums geschützt sind. Ein Abdichten von kunststoffummantelten Metalldurchführungen, bei dem der metallische Verbindungspartner in seiner ur- oder umgeformten Gestalt oder nach nichtspanender Bearbeitung erscheinen kann und einen Kunststoffrohling nachträglich durch mechanischen und/oder thermischen Einfluss durchdringt oder durch einen weiteren Umformprozess, wie Umspritzen oder Umgießen, von Kunststoff umschlossen wird. Dabei ist der Kunststoff (erstes Element 10) zumindest lokal im Bereich der Grenzfläche 5 mit Additiven desselben Materials des umschlossenen metallischen Verbindungspartners (zweites Element 20) dotiert, welche anschließend in einem Galvanikbad chemisch abgeschieden werden. Beispiele für solche Metall-Kunststoff-Verbunde sind umspritzte Stanzgitter, Drähte oder Frästeile als elektrische Durchkontaktierung sowie isolierte Kabel.
Darüber hinaus können mittels des beschriebenen Verfahrens auch vorgefertigte Materialanbindungen abgedichtet werden, sodass eine zuverlässige Abdichtung und eine sichere Befestigung von vorfixierten Materialpartnern, zum Beispiel gesteckten Kunststoffkörpern (erstes Element 10) auf Metallkörpern (zweites Element 20) oder umgekehrt, mittels des beschriebenen Verfahrens erreicht wird.
Mittels der beschriebenen Vorrichtung 1 für Kraftfahrzeuge und einem korrespondierenden Verfahren zum Herstellen einer Ausgestaltung der Vorrichtung 1 können vorgegebene Materialpaarungen mittels chemischen und/oder galvanischen Abscheidens entsprechender Materialpartikel in einem Grenzbereich zueinander zuverlässig und widerstandsbeständig abgedichtet werden.
Dabei entsteht durch Ausbilden der Dichtungsschicht 3 ein komplexer Formschluss zwischen den aktivierten, mikrorauen Oberflächen des ersten oder des ersten und zweiten Elements 10 und 20 und den darin eingelagerten und umschlossenen Additiven. Alternativ oder zusätzlich entsteht ein Stoffschluss der einen oder mehreren aufgebrachten Schichten der Dichtungsschicht 3 und dem ersten oder auch beiden Elementen 10 und 20. Somit werden angrenzende Medien am Eintreten durch die Grenzfläche 5 zwischen der Materialpaarung aus erstem und zweitem Element 10 und 20 gehindert.
Die Dichtungsschicht 3 kann aufgrund ihrer Ausbildung höhere mechanische und thermische Spannungen kompensieren und weist zudem auch eine höhere chemische Beständigkeit auf, als alternative Abdichtungsmethoden, wie Kleber, Imprägnation, Vergüsse und elastische Dichtungselemente. Somit wird mittels der beschriebenen Vorrichtung 1 und dem Verfahren dem Risiko einer Distanzierung der beiden Elemente 10 und 20 sowie einer Spalten- und Rissbildung, insbesondere bei Kunststoff- und/oder Metallkomponenten, zuverlässig entgegengewirkt.
Ein Abdichten gleicher Materialpartner ist mittels des beschriebenen Verfahrens ebenfalls möglich. Dabei weisen die Materialpartner gegebenenfalls gleiche Materialeigenschaften auf, sind aber nicht im selben urformenden Prozess hergestellt worden, wie beispielsweise das Um- oder Anspritzen des zweiten Elements 20 mit dem ersten Element 10. Beispielsweise sind solche Materialpaarungen im Rahmen eines zweistufigen Vergießen oder eines Pressverbands gefertigt worden.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
3: Dichtungsschicht
5: Grenzfläche
10: erstes Element
11: erster Bereich des ersten Elements
12: zweiter Bereich des zweiten Elements
20: zweites Element
21: erster Bereich des zweiten Elements
22: zweiter Bereich des zweiten Elements

Claims

Verfahren zum Abdichten von Komponenten für ein Kraftfahrzeug, umfassend – Bereitstellen eines ersten Elements (10) mit einer Ausnehmung (14) und eines zweiten Elements (20), das in der Ausnehmung (14) des ersten Elements (10) angeordnet ist, wobei das erste und zweite Element (10, 20) eine jeweilige Außenwand (13, 23) mit einem ersten Bereich (11, 21) aufweisen, der jeweils in Kontakt mit dem anderen ersten Bereich (11, 21) ist, und einem zweiten Bereich (12, 22) aufweisen, der freiliegend ausgebildet ist, – Einbringen von Additiven in das erste Element (10) in einem Bereich einer Grenzfläche (5), die als Übergang der zueinander angrenzenden zweiten Bereiche (12, 22) des ersten und zweiten Elements (10, 20) ausgebildet ist, – Freilegen der Additive des ersten Elements (10) im Bereich der Grenzfläche (5), und – Chemisches Abscheiden eines vorgegebenen Materials und dadurch Ausbilden einer Dichtungsschicht (3) an dem ersten Element (10) und dem zweiten Element (20) und dadurch Abdichten der Grenzfläche (5) zwischen dem ersten Element (10) und dem zweiten Element (20).
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend: – Einbringen von Additiven in das zweite Element (20) im Bereich der Grenzfläche (5), und – Freilegen der Additive des ersten Elements (10) und des zweiten Elements (20) an der Grenzfläche (5).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Abscheiden eines vorgegebenen Materials und dadurch Ausbilden der Dichtungsschicht (3) an dem ersten Element (10) und dem zweiten Element (20) umfasst: Galvanisches Abscheiden der Dichtungsschicht (3) und dadurch Abdichten der Grenzfläche (5) zwischen dem ersten Element (10) und dem zweiten Element (20).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Einbringen von Additiven in das erste Element (10) oder in das erste und zweite Element (10, 20) im Bereich der Grenzfläche (5) vor dem Bereitstellen des ersten Elements (10) und des zweiten Elements (20) durchgeführt wird, sodass das Verfahren umfasst: Bereitstellen des ersten Elements (10) mit Additiven oder Bereitstellen des ersten Elements (10) und des zweiten Elements (20) mit Additiven im Bereich der Grenzfläche (5).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Freilegen der Additive an der Grenzfläche (5) zwischen dem ersten Element (10) und dem zweiten Element (20) umfasst: thermisches und/oder mechanisches Bearbeiten einer Oberfläche des ersten Elements (10) oder der Oberfläche des ersten Elements (10) und einer Oberfläche des zweiten Elements (20) im Bereich der Grenzfläche (5).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Bereitstellen des ersten Elements (10) und des zweiten Elements (20) umfasst: Bereitstellen des ersten Elements (10) mittels Um- oder Anspritzen des zweiten Elements (20) und dadurch Anordnen des zweiten Elements (20) in der Ausnehmung (14) des ersten Elements (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Einbringen von Additiven in das erste Element (10) oder in das erste und zweite Element (10, 20) im Bereich der Grenzfläche (5) umfasst: Einbringen von Metallpartikeln in das erste Element (10) oder in das erste Element (10) und das zweite Element (20) im Bereich einer Grenzfläche (5) zwischen dem ersten Element (10) und dem zweiten Element (20).
Vorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend – ein erstes Element (10), das eine Ausnehmung (14) und eine Außenwand (13) mit einem ersten Bereich (11) und einem zweiten Bereich (12) aufweist, – ein zweites Element (20), das in der Ausnehmung (14) des ersten Elements (10) angeordnet ist und das eine Außenwand (23) mit einem ersten Bereich (21) und einem zweiten Bereich (22) aufweist, wobei die ersten Bereiche (11, 21) des ersten und zweiten Elements (10, 20) jeweils in Kontakt mit dem anderen ersten Bereich (11, 21) sind und die jeweiligen zweiten Bereiche (12, 22) freiliegend ausgebildet sind, und – eine Dichtungsschicht (3), die mittels chemischen und/oder galvanischen Abscheidens an dem ersten und zweiten Element (10, 20) aufgebracht ist und eine Grenzfläche (5), die als Übergang der zueinander angrenzenden zweiten Bereiche (12, 22) des ersten und zweiten Elements (10, 20) ausgebildet ist, abdichtet.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei das erste Element (10) oder das erste Element (10) und das zweite Element (20) Additive aufweist, die im Bereich der Grenzfläche (5) jeweils in oder an dem ersten oder dem ersten Element (10) und dem zweiten Element (20) angeordnet sind und an denen die Dichtungsschicht (3) abgeschieden ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Dichtungsschicht (3) stoff- und/oder formschlüssig mit dem ersten Element (10) und dem zweiten Element (20) gekoppelt ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Additive Metallpartikel aufweisen.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Dichtungsschicht (3) eine Metallschicht umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das zweite Element (20) das erste Element (10) durchdringt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das erste Element (10) Kunststoff und das zweite Element (20) Kunststoff und/oder Metall aufweist.