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Die Erfindung betrifft ein Dichtsystem mit einer Leitung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Dichtsystemes gemäß den Merkmalen der Oberbegriffe der beiden unabhängigen Patentansprüche.
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Die Erfindung betrifft mit anderen Worten ein Dichtsystem, bei dem ein Kabelmantel eines Kabels mit einem Material (Umspritzungsmaterial) umspritzt werden soll.
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Leitungen, die in ihrem Inneren elektrische Leiter und/oder Glasfaser oder andere Übertragungselemente aufweisen, haben einen Außenmantel, um die innenliegenden Übertragungselemente vor äußeren Einflüssen (wie zum Beispiel mechanischen Einflüssen, aber auch dem Eindringen von Feuchtigkeit, Wasser oder dergleichen) zu schützen. Andererseits ist es erforderlich, diese Leitungen zu befestigen, mit einem Steckverbinder zu versehen usw. Hierzu ist eine in geeigneter Formausbildung auf dem Außenmantel angeordnete Umspritzung vorgesehen. Die Umspritzung wird aus geeignetem Material, insbesondere einem Kunststoffmaterial, hergestellt. Die Herstellung erfolgt in einem Kunststoffspritzgussverfahren, da mit einem solchen Verfahren die Herstellung großer Stückzahlen prozesssicher mit gleichbleibender Form der Umspritzung realisiert werden kann. Gleichzeitig ist es ein Erfordernis, eine Längswasserdichtheit zu realisieren, um zu verhindern, dass zwischen der Umspritzung und dem Äußeren des Außenmantels Feuchtigkeit, Wasser oder dergleichen übertragen werden kann. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn am Ende der Leitung ein Steckverbinder angeordnet ist, bei dem verhindert werden muss, dass längs der Leitung entlang des Außenmantels Feuchtigkeit, Wasser oder dergleichen in Richtung des Steckverbinders eindringen kann. Um die geforderte Längswasserdichtheit zu realisieren, kann daran gedacht werden, die Umspritzung und den Außenmantel der Leitung aus dem gleichen Material herzustellen, sodass dann, wenn die Umspritzung auf dem Außenmantel aufgebracht wird, eine materialschlüssige Verbindung (Gefügeverbindung) hergestellt wird. Eine solche materialschlüssige Verbindung verhindert auf jeden Fall eine Übertragung von Feuchtigkeit, Wasser oder dergleichen längs des Außenmantels der Leitung. Allerdings sind hinsichtlich des Materiales des Außenmantels (auch als Kabelmantel zu bezeichnen) und des Materiales der Umspritzung oftmals unterschiedliche Anforderungen zu stellen, sodass aufgrund der Unterschiedlichkeit der beiden einander zugewandten Materialien eine materialschlüssige Verbindung nicht gegeben ist. So soll gerade das Material des Außenmantels der Leitung hohen Temperaturen standhalten, die aber für die Realisierung einer Gefügeverbindung mittels des Spritzgussverfahrens erforderlich sind. Daher ist es zwingend erforderlich, dass sich das Material des Außenmantels der Leitung, dass bestimmten Anforderungen genügen muss, von dem Material der Umspritzung, dass auch bestimmten, aber anderen Anforderungen genügen muss, unterscheidet sowie die jeweiligen Materialien ihren Anforderungen gerecht werden.
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Die Erfindung geht daher von folgender Voraussetzung aus:
- • Das benötigte Leitungsmaterial des Kabelmantels ist zum Umspritzungsmaterial nicht verbindungsfähig.
- • Es wird eine umspritzte Lösung benötigt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Dichtsystem sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Dichtsystemes dahingehend zu verbessern, dass die erforderliche Längswasserdichtheit trotz unterschiedlicher Materialien der Umspritzung und des Außenmantels der Leitung gewährleistet wird.
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Diese Aufgabe ist durch die Merkmale der beiden unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Hinsichtlich des Dichtsystemes ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass auf den Außenmantel der Leitung eine Hülse formschlüssig angeordnet ist, die weitestgehend, insbesondere vollständig von der Umspritzung abgedeckt ist. Die Hülse stellt zum einen eine längswasserdichte Verbindung zu der Umspritzung und zum anderen eine mechanische Zugentlastung zu dem Außenmantel der Leitung her.
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Es wird dabei zwar auch annähernd eine längswasserdichte Verbindung, die jedoch nicht den Anforderungen der längs Wasserdichtheit gerecht wird. Dies ist insbesondere dann nicht der Fall, wenn die Außengeometrie des Außenmantels der Leitung (die im Regelfall zylinderförmigen sein wird) nicht mit der Innengeometrie der Hülse übereinstimmt. Das bedeutet, dass die Innengeometrie der Hülse nicht vollständig auf der Oberfläche des Außenmantels der Leitung aufliegt und im Regelfall immer noch Wasser bzw. Feuchtigkeit zwischen diesen beiden Bauelementen entlang der Leitung geleitet werden kann.
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Eine gewisse längswasserdichte Verbindung und vor allem die Zugentlastung zu dem Außenmantel der Leitung wird insbesondere dadurch realisiert, dass die Hülse auf den Außenmantel aufgepresst oder aufgeschrumpft (optional auch aufgeklebt) wird. Wird die Hülse auf den Außenmantel aufgeschrumpft, besteht sie aus geeignetem Material, insbesondere einem Kunststoffmaterial, welches sich unter Wärmeeinwirkung (vorzugsweise vor dem Umspritzvorgang oder auch während des Umspritzvorganges) zusammenzieht. Dadurch kann ein sehr guter Formschluss zwischen der Hülse aus Kunststoffmaterial und dem Außenmantel der Leitung realisiert werden, der verhindert, dass zwischen dem Anlagebereich Feuchtigkeit, Wasser oder dergleichen übertragen wird. Wird die Hülse auf den Außenmantel aufgepresst, besteht sie ebenfalls aus geeignetem Material, das wiederum Kunststoff oder in bevorzugter Weise Metall sein kann.
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Die Dichtwirkung des Gesamtsystemes wird also dadurch bewirkt, dass das Dichtelement zwischen der auf den Außenmantel des Kabels aufgebrachten Hülse und dem Außenmantel angeordnet ist. Die Hülse ihrerseits dichtet bestimmungsgemäß zu der Umspritzung ab. Außerdem bewirkt die auf dem Außenmantel des Kabels fest angeordnete Hülse eine Zugentlastung, insbesondere dann, wenn äußere Kräfte auf die Umspritzung (die beispielsweise ein Gehäuse eines Steckverbinders bildet) wirken.
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In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Hülse als eine Crimphülse ausgebildet, die auf den Außenmantel der Leitung aufgepresst ist. Das Crimpverfahren ist ein etabliertes Verfahren, mit der die Crimphülse auf den Außenmantel gepresst werden kann, sodass dadurch hohe Stückzahlen prozesssicher realisiert werden können.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hülse, insbesondere die Crimphülse, eine umlaufende Ausnehmung bildet, wobei in diese Ausnehmung ebenfalls umlaufend ein Dichtelement, insbesondere ein O-Ring, eingesetzt, insbesondere eingepresst ist. Die Hülse aus Kunststoff oder Metall wird zunächst separat hergestellt und bereitgestellt und bei der Herstellung mit einer umlaufenden Ausnehmung versehen. Diese fertige Hülse, bei der es sich auch um die Crimphülse handeln kann, wird dann auf der Leitung angeordnet, insbesondere von einem Ende der Leitung aus aufgeschoben. Wenn sie sich dann an ihren bestimmungsgemäßen Ort befindet, wird sie dort auf geeignete Weise festgelegt, insbesondere durch aufschrumpfen oder aufpressen. Dabei bleibt die umlaufende Ausnehmung erhalten, in welche vor, während oder nach dem Festlegen der Hülse an ihren bestimmungsgemäßen Ort das Dichtelement eingesetzt wird. Alternativ ist es auch denkbar, dass Dichtelement zusammen mit der Hülse auf der Leitung anzuordnen und erst dann die Hülse zum Beispiel an ihren bestimmungsgemäßen Ort aufzupressen, aufzuschrumpfen oder dergleichen. In jedem Fall ist gewährleistet, dass durch die Bearbeitung der Hülse (sei es durch aufpressen, aufschrumpfen oder dergleichen) das vorzugsweise elastisch verformbare Dichtelement zumindest geringfügig verformt, insbesondere gequetscht wird, um die Dichtwirkung zwischen der Hülse und dem Außenmantel der Leitung zu realisieren. Anschließend kann die derart vorbereitete Leitung zusammen mit der aufgebrachten Hülse und dem eingesetzten Dichtelement in eine Spritzgussform eingelegt werden, in die geeignetes Kunststoffmaterial zur Ausbildung der Umspritzung eingeführt wird. Nach der Entnahme aus der Spritzgussform steht somit das verbesserte Dichtsystem zur Verfügung.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zusätzlich zu dem Dichtelement in die von der Hülse, insbesondere der Crimphülse, gebildete eine Ausnehmung oder in eine weitere von der Hülse, insbesondere der Crimphülse, gebildete Ausnehmung ein Pressdichtelement eingesetzt, insbesondere eingepresst ist. Bei dem Pressdichtelement handelt es sich beispielsweise um das gleiche Dichtelement, insbesondere den O-Ring, der vorstehend schon erwähnt wurde. Es kann sich aber auch um ein anderes Dichtelement, insbesondere aber gleicher Geometrie, jedoch von anderen Material und/oder unterschiedlicher Geometrie, jedoch von gleichen Material handeln, wie dasjenige Dichtelement, das vorstehend schon erwähnt wurde. So ist zum einen die Möglichkeit gegeben, dass die Hülse, insbesondere die Crimphülse, zwei voneinander getrennte Ausnehmungen bildet, wobei in diese beiden Ausnehmungen zwei gleiche oder hinsichtlich ihrer Geometrie und/oder ihres Materiales unterschiedliche Dichtelemente eingesetzt werden. Der Einsatz in die jeweilige Ausnehmung erfolgt beispielsweise durch Einpressen, nachdem die Hülse an ihren Bestimmungsort auf dem Außenmantel der Leitung festgelegt wurde. Alternativ dazu können auch beide Dichtelemente zusammen mit der Hülse, insbesondere der Crimphülse, auf die Leitung aufgeschoben und dann an ihren Bestimmungsort zusammen mit der Hülse festgelegt werden. Diese Festlegung erfolgt wiederum durch aufpressen, aufschrumpfen oder dergleichen. Weiter alternativ dazu ist es denkbar, das eine Dichtelement zusammen mit der Hülse auf den Außenmantel der Leitung aufzuschieben, dann die Hülse festzulegen und erst danach das zweite Dichtelement, insbesondere das Pressdichtelement, in die zweite Ausnehmung der Hülse einzusetzen, insbesondere einzupressen. Demgegenüber besteht die weitere Alternative, dass die Hülse, insbesondere die Crimphülse, nur eine einzige umlaufende Ausnehmung aufweist, in die zwei Dichtelemente eingesetzt werden. So wird beispielsweise die Hülse, insbesondere die Crimphülse, zusammen mit dem Dichtelement, insbesondere dem O-Ring, auf den Außenmantel der Leitung aufgeschoben und bestimmungsgemäß wie schon beschrieben festgelegt. Erst danach wird das zweite Dichtelement in die gleiche Ausnehmung eingeführt und dort festgelegt. Insbesondere wird ein Pressdichtelement (auch als Pfropfen bezeichnet) direkt benachbart zu dem schon festgelegten Dichtelement, vorzugsweise dem O-Ring, in die Ausnehmung der Hülse eingepresst. Auch in den vorstehend beschriebenen Varianten wird der entsprechend vorbereitete Abschnitt der Leitung in eine Spritzgussform eingelegt, um mittels eines Kunststoffspritzgussverfahrens die Umspritzung auszubilden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die von dem Außenmantel der Leitung wegweisende Oberfläche der Hülse, insbesondere der Crimphülse, und/oder des Pressdichtelementes eine Riffelung aufweist. Diese Riffelung, die die geometrische Form einer Welle, von Zacken, von quer und/oder längs zueinander oder spiralförmig verlaufenden Stegen oder dergleichen aufweisen kann, hat den Zweck, dass die Oberfläche, mit der die Hülse, insbesondere die Crimphülse, mit der nachträglich aufzubringenden Umspritzung in Kontakt kommt, vergrößert wird, um auch hier die geforderte Längswasserdichtheit zu realisieren. Eine solche Riffelung kann, muss aber nicht vorgesehen werden, wenn das Material der Hülse und das Material der Umspritzung gleiche oder nahezu gleiche Eigenschaften aufweisen oder es sich um das gleiche Material handelt, da in diesem Fall mit Herstellung der Umspritzung ein Materialschluss gegeben ist. Die Riffelung ist jedoch vorzugsweise dann vorzusehen, wenn das Material der Hülse und das Material der Umspritzung, genauso wie das Material der Hülse und das Material des Außenmantels der Leitung derart voneinander abweichen, dass sie keinen Materialschluss bilden können. Im einfachsten Fall kann die Riffelung auch als zumindest eine umlaufende Ausnehmung (auch als Nut zu bezeichnen) oder auch als genau zwei oder mehr als zwei parallel zueinander verlaufende Ausnehmungen ausgebildet sein, deren Grund in Richtung des Außenmantels des Kabels weist. Dadurch ist die zumindest eine Ausnehmung nach oben offen und kann das Material der Umspritzung aufnehmen. Die zumindest eine Ausnehmung ist vorzugsweise an dem freien Ende der Hülse, das den Aufnahmeraum für das Dichtelement bildet, und/oder an dem dem Dichtelement abgewandten Ende des weiteren Dichtelementes, insbesondere des Pressdichtelementes, vorgesehen. Die Öffnung der zumindest einen Ausnehmung, in die das Material der Umspritzung eindringen kann, schließt entweder bündig mit der Oberfläche der Hülse und/oder des weiteren Dichtelementes ab, oder es ist denkbar, dass neben einer Flanke oder beiden Flanken der zumindest einen Ausnehmung (Nut) ein Steg von der Oberfläche der Hülse und/oder des weiteren Dichtelementes absteht. Von besonderem Vorteil ist es, wenn der zumindest eine Steg, vorzugsweise beide Stege, in ihren Endbereich spitz zu laufen. Dadurch kann je nach Materialwahl und auch einer entsprechenden Wahl der Verfahrensparameter (insbesondere Temperatur und Druck) bewirkt werden, dass dieser spitz zulaufende Endbereich mit dem Material der Umspritzung verschmilzt und dadurch die Längswasserdichtheit nochmals deutlich gesteigert wird. Der Querschnitt der zumindest einen Ausnehmung ist beispielsweise quadratisch, rechteckförmig, dreieckförmig, trapezförmig, rund, oval oder dergleichen.
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Nach der Erfindung wird somit insbesondere das folgende Dichtsystem bereitgestellt:
- • Der O-Ring dichtet zwischen Leitung und Crimphülse ab.
- • Die Crimphülse hat an der Außenseite eine Riffelung, durch welche die Oberfläche, mit der die Außenseite der Crimphülse und das Umspritzungsmaterial in Verbindung steht, vergrößert wird.
- • Somit entsteht ein „mechanisches Dichtsystem“.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Dichtsystemes gelten die Verfahrensschritte und die daraus resultierenden Vorteile, wie sie vorstehend zu dem erfindungsgemäßen Dichtsystem beschrieben worden sind.
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Nach der Erfindung wird somit insbesondere folgendes Verfahren durchgeführt:
- • Eine Crimphülse aus Metall wird auf die Leitung (Kabelmantel) aufgeschoben und auf Position gecrimpt.
- • Ein Dichtelement, insbesondere ein O-Ring, wird auf die Leitung aufgeschoben und in den Freiraum zwischen Leitung und Crimphülse gepresst.
- • Optional wird ein Pfropfring auf die Leitung aufgeschoben und ebenfalls in den Freiraum zwischen Leitung und Crimphülse gepresst.
- • Der komplette Bereich wird umspritzt, optional auch angrenzende Bereiche.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in der einzigen Figur gezeigt und im Folgenden beschrieben
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In der 1 ist mit der Bezugsziffer 1 ein Dichtsystem bezeichnet, das eine Leitung 2 aufweist, die ihrerseits einen Außenmantel 3 aufweist. Auf den Außenmantel 3 ist eine Hülse aus Kunststoff oder Metall aufgeschoben und an ihrem bestimmungsgemäßen Ort festgelegt worden. Dies erfolgte vorzugsweise bei einer Hülse aus Kunststoff durch einen Schrumpfprozess. Besteht die Hülse aus Metall, wird sie auf dem Außenmantel 3 aufgepresst. Das Festlegen der Hülse aus Metall, vorzugsweise einer Crimphülse 4, erfolgt vorzugsweise mittels eines etablierten Crimpvorganges. Unabhängig von dem Verfahren, wie die Hülse, insbesondere die Crimphülse 4, auf dem Außenmantel 3 der Leitung 2 angeordnet und festgelegt wird, ist darauf zu achten, dass die innenliegenden Leiter der Leitung 2 nicht beschädigt werden. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn es sich bei den innenliegenden Leitern um Glasfasern handelt.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die Hülse, nämlich die Crimphülse 4, eine Ausnehmung aus. Gezeigt ist der Fall, dass die Crimphülse 4 eine einzige umlaufende Ausnehmung ausbildet. Denkbar ist jedoch, dass die Hülse auch mehr als eine Ausnehmung, zum Beispiel zwei gegenüberliegende Ausnehmungen, die von einem Steg getrennt sind, aufweist. Es ist erkennbar, dass in die Ausnehmung ein Dichtelement 5 eingesetzt ist. Das Dichtelement 5 kann entweder zusammen mit dem Aufbringen der Crimphülse 4 an den bestimmungsgemäßen Ort gebracht werden oder alternativ dazu erst dann in die Ausnehmung eingesetzt werden, wenn die Crimphülse 4 an den bestimmungsgemäßen Ort gebracht wurde. Danach wird die derart vorbereitete Leitung zusammen mit der Crimphülse 4 und dem Dichtelement 5 in ein nicht näher dargestelltes Spritzgusswerkzeug eingelegt, welches mit Spritzgussmaterial gefüllt wird. Danach kann die Spritzgussform geöffnet werden, sodass dadurch das Dichtsystem 1 mit der auf dem Außenmantel 3 der Leitung 2 festgelegten Umspritzung 6 zur Verfügung steht. Damit steht zur Verbesserung der Längswasserdichtheit ein mechanisches Dichtsystem zur Verfügung, gebildet von der Crimphülse 4, die das in ihre Ausnehmung eingesetzte Dichtelement 5 auf den Außenmantel 3 drückt, und weiterhin gebildet von einer längswasserdichten Verbindung zwischen der Crimphülse 4 und der Umspritzung 6. Aufgrund der unterschiedlichen Materialien der Umspritzung 6 und dem Außenmantel 3 der Leitung spielt es keine Rolle mehr, dass in den Bereichen, in denen die Umspritzung 6 direkt in Kontakt kommt mit dem Außenmantel 3, noch Wasser, Feuchtigkeit oder dergleichen übertragen werden kann.
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Weiterhin ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zu erkennen, dass die Crimphülse 4 (allgemein die Hülse aus Kunststoff oder Metall) an ihrer umlaufenden äußeren Oberfläche einer Riffelung 7 aufweist. Durch diese Riffelung 7 wird die Oberfläche zwischen der Crimphülse 4 und der Umspritzung 6 erhöht, um die Längswasserdichtheit in diesem Anlagebereich sicherzustellen.
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Zusätzlich zu dem Dichtelement 5, insbesondere dem O-Ring, ist in die von der Crimphülse 4 gebildete Ausnehmung ein weiteres Dichtelement, insbesondere ein Pressdichtelement 8 (auch als Pfropfen bezeichnet), eingesetzt. Der Pfropfen komprimiert das Dichtelement 5, insbesondere den O-Ring, zusätzlich und schützt dieses außerdem vor der Spritzmasse, die die Umspritzung 6 bildet. Wenn der Pfropfen aus einem Material hergestellt wurde, das mit der Umspritzung 6 verschmilzt, kann eventuell die Dichtheit (Längswasserdichtheit) schon über diese Schiene erreicht werden.
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In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass von der Umspritzung 6 zumindest teilweise ein Teil eines Gehäuses eines nicht näher dargestellten Steckverbinders gebildet wird. Der neue hier erwähnte Ansatz soll die Möglichkeit bieten, Steckverbindungen oder Baugruppenanschlüsse, Knotenpunkte beziehungsweise Verteilerstützpunkte mit zuführenden oder ableitenden, zum Beispiel vernetzten Leitungsmaterialien, dicht zu umspritzen. Hier im Beispiel der vernetzten Leitungen kann erwähnt werden, dass sich solche Leitungsisolationen beim Umspritzen oberflächlich nicht anschmelzen lassen, wodurch es dann auch zu keiner, auch nicht zu einer mindestens oberflächlichen Gefügeverbindung (Materialschluss) zwischen der Leitungsisolation und der Umspritzungsmasse kommen kann.
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Die dargestellte Ausführung in dem Ausführungsbeispiel und allgemein nach der Erfindung bietet eine Lösung an, bei der diese notwendige Anschmelzung zwischen der Umspritzung und dem innenliegenden Bauteil nicht notwendig ist.
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Das genannte innenliegende Bauteil könnte eine elektrische Leitung sein, die einsatzbedingt und dadurch begründet vorzugsweise aus einem temperaturbeständigen und somit durch den Umspritzungsvorgang nicht anschmelzbarem Bauteil (Leitungsmaterial) besteht.
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Der O-Ring bzw. das dargestellte Dichtelement, egal in welcher Querschnittsgeometrie ausgeführt, dichtet einerseits nach innen zur Leitungsisolation (Kabelmantel), wobei diese Seite nicht nur eine Leitung sein könnte, sondern auch sonst ein Material sein könnte, das sich mit der später aufgebrachten Spritzmasse eben nicht verbinden würde.
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Nach außen dichtet das Dichtelement gegenüber einem metallischen Körper, der auf dem innenliegenden Leitungsmaterial oder sonstigem Bauteil zum Beispiel radial aufgepresst wird, ab.
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Das dargestellte Labyrinth (Riffelung 7), von diesem vorzugsweise aus Metall ausgeführten und aufgepressten Bauteil, ermöglicht durch die Umspritzung die äußere Dichtheit gegenüber dem Umspritzungsmaterial. Dieses Labyrinth sorgt somit für die äußere, notwendige Längsdichtheit im Gesamtsystem.
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Die dargestellte Lösung ist somit insbesondere als Teil einer umspritzen Steckverbindung oder einer der anderen genannten Versionen zu sehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Dichtsystem
- 2.
- Leitung
- 3.
- Außenmantel
- 4.
- Crimphülse
- 5.
- Dichtelement
- 6.
- Umspritzung
- 7.
- Riffelung
- 8.
- Pressdichtelement
