DE4410455C1 - Wasserdichte Kontaktstiftdurchführung durch gegossene Kunststoffteile, insbesondere von Steckergehäusen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine wasserdichte Kon­ taktstiftdurchführung durch gegossene Kunststoffteile, insbe­ sondere von Steckergehäusen.

Steckergehäuse mit einer Vielzahl von Kontaktstiften, sogenannten Steckerleisten, müssen für zahlreiche Anwendungen steckseitig wasserdicht ausgeführt sein. Die Kontaktstifte können durch Einpressen, wie dies aus der US-PS 5 1 58 479 oder auch der DE-OS 24 07 082 bekannt ist, oder durch Umspritzen, z. B. gemäß der DE 27 25 796 C2, in der Steckerleiste befestigt sein. Verschiedene Maßnahmen sind bekannt, um die erforderliche Dichtheit der Stecker­ leisten anschlußseitig zu gewährleisten. Bei eingepreßten Kontaktstiften ist es bekannt, mehrere hintereinander ange­ ordnete Kegelstümpfe vorzusehen, die alle mit ihrer Spitze in Einpreßrichtung orientiert sind und die durch die Nachgiebig­ keit des Kunststoffmaterials einen relativ festen Klemmsitz im Kunststoffgehäuse bewirken. Dennoch ist eine zuverlässige Wasserdichtheit nicht immer zu erreichen, da es durch die relativ hohe Kraftbeaufschlagung der Kunststoffteile zur Aus­ bildung von durchgehenden Kanälen kommen kann.

Bei der elektrischen Verbinderanordnung gemäß der DE-OS 24 07 082 besteht ein Isoliergehäuse aus elastischem Kunst­ stoff. Die Kontaktorgane haben mehrere einander entgegenge­ gesetzt angeordnete kegelstumpfförmige Zähne. Die Kontakt­ organe werden in Bohrungen gepreßt, wobei die Mantelflächen der Zähne das elastische Material des Isoliergehäuses ver­ drängen. Die Basisfläche verhindert mit ihrer spitzwinkligen Umfangskante ein Zurückweichen der Kontaktorgane entgegenge­ setzt zur Steckrichtung. Diese Technik ist nur bei nachgiebi­ gen elastischen Werkstoffen anwendbar. Ein ggf. durch Tempe­ raturschwankungen verursachtes Schrumpfen des elastischen Kunststoffmaterials verursacht Kavitäten im Bereich der Basisfläche, wodurch die Wasserdichtigkeit beeinträchtigt werden kann. Auch läßt die Verwendung nachgiebigen Kunst­ stoffs für die Gehäuseherstellung eine genaue Justage bzw. Ausrichtung der Kontaktorgane nicht in allen Fällen zu.

Ein anderer (z. B. aus der DE-AS 11 48 613 bekannter) Weg zur Abdichtung solcher Stecker schlägt das Vergießen der Kontakt­ stifte im Gehäuse vor. So ist beispielsweise eine Stecker­ leiste bekannt, in der die Kontaktstifte mit Spielpassung geführt sind. Zum Abdichten der Kontaktstifte wird die Steckerleiste mit einem UV-härtenden Zweikomponenten-Silikon vergossen. Dies stellt einen äußerst hohen Fertigungsaufwand dar, der separate Arbeitsgänge erforderlich macht. Das Zwei­ komponenten-Silikon erfordert eine Vorbehandlung der Stecker­ leiste durch Primer oder durch Plasmaätzen. Das Flüssigsili­ kon wird mit speziellen Dosieranlagen aufgebracht und muß in UV-Öfen aushärten. Im Lichtschatten der Kontaktstifte, die bei vielen Anwendungen abgewinkelt sind, bleibt das Silikon flüssig. Schon bei geringer mechanischer Belastung des Sili­ kons, z. B. bei Bewegungen der Kontaktstifte, geht die Haft­ fähigkeit verloren, so daß eine zuverlässige Abdichtung wiederum nicht gewährleistet werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wasserdichte Kontaktstiftdurchführung durch gegossene Kunst­ stoffteile, insbesondere von Steckergehäusen, vorzuschlagen, die sehr zuverlässig ist, mit geringem Herstellungsaufwand verbunden ist und gleichzeitig eine Kontaktstiftjustierung mit geringsten Toleranzen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Kontaktstiftdurchführung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die in seinem kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst. In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen der vor­ liegenden Erfindung beansprucht.

Die erfindungsgemäße Kontaktstiftdurchführung ist absolut wasserdicht, da das gegossene Kunststoffmaterial die runde Kontur der Basisfläche des Kegelstumpfs ohne Ausbildung von Haarkanälen vollständig umschließt. Es sind keine zusätz­ lichen Arbeitsgänge, wie beispielsweise das Anbringen von UV- härtendem Silikon notwendig, so daß eine Steckerleiste mit justierten Kontaktstiften fertig dem Spritzgießwerkzeug entnommen werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch einen durch ein Kunststoffteil durchgeführten Kontaktstift;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Kontaktstifts mit rechteckigem Querschnitt und

Fig. 3 ein konkretes Anwendungsbeispiel der wasserdichten Kontaktstiftdurchführung nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Kunststoffteil 1 in welches der Kontakt­ stift 2 eingegossen ist. Der Kontaktstift 2 ist durch das Kunststoffteil 1, welches insbesondere ein Teil einer Steckerleiste sein kann, wasserdicht durchgeführt. Zu diesem Zweck sind im Inneren des Kunststoffteils 1 auf dem Kontakt­ stift zwei Kegelstümpfe 3a und 3b angeordnet. Jeder der bei­ den Kegelstümpfe 3a und 3b weist mit seiner großen Basis­ fläche von der Meridianebene 4 des Kunststoffteils 1 weg und ist auf die ihm am nächsten liegende Oberfläche des Kunst­ stoffteils gerichtet. Der Kegelstumpf geht an seinem gegen­ überliegenden Ende in den Querschnitt des Kontaktstifts 2 über. Der Öffnungswinkel α des Kegelstumpfes, d. h. der Winkel zwischen der großen Basis des Kegelstumpfes und des Kegelmantels, beträgt vorzugsweise größenordnungsmäßig 70°. Die große Basis des Kegelstumpfes bildet eine um die Kon­ taktstiftachse konzentrisch verlaufende Schulter 5. Die Schulter 5 liegt hinreichend tief im Kunststoffmaterial eingegossen, so daß die Kunststoffschicht zwischen der Schulter 5 und der entsprechenden Oberfläche des Kunst­ stoffteils in diesem Bereich eine Dicke d hat, die aus­ reicht, um ein Ausreißen des Kunststoffmaterial beim Schrumpfen des Kunststoffs während des Erkaltens zu verhin­ dern.

Dieses Schrumpfen, welches in Fig. 1 durch die strichpunk­ tierten Pfeile 6 dargestellt ist, tritt beim Abkühlen des gegossenen Kunststoffs auf. Da diese Schrumpfung in weit größerem Ausmaß stattfindet als die Längenverkürzung des metallischen Kontaktstiftes beim Abkühlen treten an den Grenzflächen zwischen Kontaktstiften und dem Kunststoffma­ terial Kräfte auf, die im folgenden näher betrachtet werden. Die Schrumpfbewegung findet jeweils von den Oberflächen des Kunststoffteils in Richtung auf dessen mittleren Bereich, in Fig. 1 durch die Meridianebene 4 angedeutet, statt. Das heißt, auf die Schultern 5 der Kegelstümpfe 3a, 3b wirkt jeweils eine auf die Meridianebene 4 gerichtete Kraft, die für einen spielfreien Halt des Kontaktstiftes sorgt. Zwi­ schen den Ebenen der Schultern 5 und der Meridianebene 4 führt die Schrumpfung zu der Tendenz einer Ausbildung von Kavitäten 6 um die Mantelflächen 7 der Kegelstümpfe 3a und 3b herum. Dieser Effekt ist nicht ganz zu vermeiden, obwohl die Materialschrumpfung in Radialrichtung um die Kontakt­ stiftachse herum das Ausmaß der Kavitätenbildung weitgehend reduziert. Für den festen Sitz der Kontaktstifte ist dies jedoch nicht ausschlaggebend, da im wesentlichen der Rand 8 der Schulter 5 für die feste Verankerung und die Dichtheit der Durchführung sorgt. Dieser Rand 8 bleibt auch nach erfolgter Schrumpfung des Plastikmaterials fest und dicht vom gegossenen Plastik umschlossen. Die beschriebene erfin­ dungsgemäße Anordnung der Kegelstümpfe erweist sich gegen­ über anderen bekannten Anordnungen und auch gegenüber ledig­ lich zylinderförmigen Querschnittsänderungen überlegen. Wür­ de man die erfindungsgemäßen Kegelstümpfe durch Zylinder ersetzen, so würden sich an den zur Meridianebene 4 hin gelegenen Schultern Kavitäten ausbilden, die nicht mehr durch eine radiale Schrumpfung weitgehend ausgeglichen werden können, so daß eine weitaus schwächere Halterung der Kontaktstifte in Axialrichtung gegeben ist. Eine Anordnung der Kegelstümpfe mit ihren Spitzen jeweils von der Meridian­ ebene wegzeigend, hätte ebenfalls die Ausbildung großer Ka­ vitäten im Inneren des Kunststoffteils zur Folge, in deren unmittelbarer Nähe die für die Dichtheit entscheidende Um­ fangskante 8 der Schultern 5 liegt. Mit einem festen Andruck des Kunststoffmaterials auf der Mantelfläche der Kegelstümp­ fe könnte in diesem Fall nicht gerechnet werden, so daß we­ der ein sicherer Sitz noch eine absolute Wasserdichtheit gewährleistet werden könnten.

Fig. 1 zeigt im Bereich der Meridianebene 4 eine weitere zy­ linderförmige Querschnittsänderung des Kontaktstiftes 2. Dieser Zylinder 9 dient einer weiteren Verfestigung der Hal­ terung des Kontaktstiftes. Seine Anordnung auf der Meridian­ ebene 4 führt dazu, daß sich an keiner Seite Kavitäten aus­ bilden, so daß er von allen Seiten fest umschlossen wird. Dadurch werden die Ausreißkräfte, die erforderlich sind, um einen Kontaktstift aus seiner Verankerung zu lösen erheblich erhöht. Gleichzeitig verhindert seine Ausbildung sowie seine zentrische Lage im Spritzteil Masseanhäufungen.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsvariante eines Kontaktstiftes, der bei der wasserdichten Kontaktstiftdurchführung verwendet werden kann. Dieser Kontaktstift hat einen rechteckigen Quer­ schnitt. Die Kegelstümpfe 3a und 3b sind jedoch rotations­ symmetrisch, was für die Erzielung einer wasserdichten Durchführung unbedingt erforderlich ist. Die kreisrunde oder gegebenenfalls ovale Form der Umfangskante 8 der Schulter 5 ermöglicht erst ein dichtendes Aufschrumpfen des Plastikma­ terials auf diese Kante. Kanten mit einer Ecken aufweisenden Kontur haben bislang nie zu einer wirklich dichten Kontakt­ stiftdurchführung geführt. Nachdem es lediglich auf die Kon­ tur der Umfangskante 8 ankommt, kann somit der übrige Kon­ taktstiftquerschnitt jede beliebige Querschnittform, insbe­ sondere quadratisch oder rechteckig, haben. Die Umfangsände­ rung in Form von Kegelstümpfen oder Zylindern können durch Stauchen, Schlagen oder sonstiges Anformen erfolgen.

Fig. 3 zeigt ein konkretes Beispiel einer wasserdichten Kontaktstiftdurchführung bei einer Steckerleiste. Gleiche Elemente wie sie bereits in den Fig. 1 und 2 gezeigt sind tragen in Fig. 3 ebenfalls die gleichen Bezugszeichen. Das Kunststoffteil 1 ist Teil einer Steckerleiste, wobei Kon­ taktstifte 2 in zwei Reihen parallel zueinander angeordnet sind. Die Kontaktstifte 2 weisen im gegossenen Teil Quer­ schnittsänderungen in Form von Kegelstümpfen 3 und einem Zylinder 9 auf. Die Kegelstümpfe 3 sind jeweils so ausge­ richtet, daß deren Spitze auf die Meridianebene 4 des Kunst­ stoffteils zeigt und deren große Basis auf die jeweils nächstliegende Seitenwand gerichtet ist. Die zylinderförmige Querschnittserweiterung des Kontaktstifts 2 ist in der Me­ ridianebene 4 zwischen den Seitenflächen angeordnet. Der obere und untere Kontaktstift 2 in Fig. 3 unterscheiden sich dadurch, daß deren Durchmesser steckerseitig unterschiedlich ist. In beiden Fällen sind die Durchmesser der Schultern 5 sowie des Zylinders 9 im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Kontaktstifts auf der Steckerseite. Zusätzlich zu den kegelstumpfförmigen Querschnittsänderungen ist bei dem obe­ ren Kontaktstift 2 gegenüber der Steckerseite eine weitere zylinderförmige Querschnitterweiterung 10 vorgesehen, von der eine Stirnfläche bündig mit der Oberfläche des Kunst­ stoffteils abschließt. Die Materialstärken zwischen den Schultern 5 und den nächstliegenden Oberflächen des Kunst­ stoffteils sind so bemessen, daß ein Ausreißen sicher ver­ hindert wird. Das Vorsehen von vier Kegelstümpfen und einem in der Meridianebene angeordnetem Zylinder 9 gewährleistet sicher die Dichtheit des Kontaktstiftdurchgangs durch das Kunststoffteil und bewirken eine höchstmögliche Ausreiß­ kraft.

Die in Fig. 3 gezeigte Steckerleiste kann in einem Arbeits­ gang in einem entsprechenden Spritzgießwerkzeug hergestellt werden, aus der das fertige Endprodukt unmittelbar entnommen werden kann. Eine weitere Bearbeitung oder zusätzliche Ab­ dichtung durch UV-härtendes Silikon ist nicht mehr erforder­ lich.

Claims (8)

1. Wasserdichte Kontaktstiftdurchführung durch gegossene Kunststoffteile (1), insbesondere von Steckergehäusen, mit:

• - Kontaktstiften (2), die auf ihrer vergossenen Teil­ länge Querschnittsänderungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsänderungen mindestens zwei zur Stift­ achse im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildete Kegelstümpfe (3a, 3b) aufweisen, deren große Basisflä­ chen Schultern (5) bilden, die der jeweils nächstlie­ genden Oberfläche des Kunststoffteils (1) gegenüber­ liegen, und dadurch, daß der Abstand d zwischen den Schultern (5) und den jeweiligen Oberflächen des Kunst­ stoffteils (1) hinreichend groß ist, um ein Ausbrechen des Kunststoffs im Schulterbereich zu verhindern.

2. Kontaktstiftdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelstümpfe (3a, 3b) einen Winkel α zwischen der Basisfläche (5) und dem Kegelmantel (7) von etwa 70° aufweisen.

3. Kontaktstiftdurchführung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstifte (2) zylinderförmig sind und die klei­ nen Basisflächen der Kegelstümpfe (3a, 3b) im wesent­ lichen den gleichen Querschnitt aufweisen wie die Kon­ taktstifte (2).

4. Kontaktstiftdurchführung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstifte (2) einen vieleckigen Querschnitt aufweisen, wobei die großen Basisflächen (5) der Kegelstümpfe (3a, 3b) einen kreisförmigen oder ovalen Umfang (8) aufweisen.

5. Kontaktstiftdurchführung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den kegelstumpfförmigen Querschnittsän­ derungen (3a, 3b) der Kontaktstifte (2) zylinderförmige Bereiche (9) innerhalb oder an der Oberfläche des vergossenen Bereichs der Kontaktstifte (2) vorgesehen sind mit einem Querschnitt, der größer oder kleiner ist als der Querschnitt des übrigen Kontaktstiftes (2).

6. Kontaktstiftdurchführung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsänderungen der Kontaktstifte (2) durch Prägen oder Stauchen erzeugt werden.

7. Kontaktstiftdurchführung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelstümpfe (3a, 3b) bzw. Zylinder (9) an den Kon­ taktstiften (2) angebrachte und befestigte Teile sind.

8. Kontaktstiftdurchführung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in in Spritzgußtechnik hergestellten PCB-Steckerleisten zur Bestückung von Leiterplatten.