DE602004006504T2

DE602004006504T2 - Konstruktionseinheit und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE602004006504T2
Application number: DE602004006504T
Authority: DE
Inventors: Lorenz Berchtold; Dietmar Kurzeja
Original assignee: Tyco Electronics Pretema GmbH
Current assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Priority date: 2003-03-21
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2024-03-20
Also published as: EP1606857B1; WO2004084358A1; EP1606857A1; DE602004006504D1; ATE362663T1; DE10313833A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Konstruktionseinheit mit einem Durchgang für das Aufnehmen eines Kabels und einem Dichtungselement, das eine Dichtung zwischen der Konstruktionseinheit und dem Durchgang bewirkt, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung des gleichen entsprechend dem Obergriff des Patentanspruches 11.
Eine derartige Konstruktionseinheit und ein Verfahren werden im DE 100 44 460 beschrieben.
Viele Sektoren der Technik erfordern, dass Kabel von einem Bereich zu einem anderen durch einen Durchgang in einer Konstruktionseinheit geführt werden. Es ist oftmals wünschenswert, dass der Durchgang abgedichtet wird, um zu verhindern, dass Fluids, Gase, usw. durch den Durchgang von einem Bereich zum anderen entlang des Kabels gelangen. Beispielsweise wird auf dem Sektor der Elektrotechnik ein elektrisches ober mechatronisches Bauteil, wie beispielsweise ein Kabelverbinder mit extern angeordneten Steckelementen, in einem Durchgang eines isolierenden Gehäuses bereitgestellt. Weil die Steckelemente verwendet werden, um elektrische Verbindungen mit dem elektrischen Bauteil herzustellen, ist eine Dichtung in einem Bereich des Durchganges vorhanden, insbesondere um die Steckelemente, um das elektrische Bauteil vor beispielsweise Schmutz, wenn das Gehäuse in einem Motorbereich eines Fahrzeuges positioniert ist, oder vor Öl zu schützen, wenn das Gehäuse in einer Ölwanne eines Motors positioniert ist.
Eines der Verfahren, die zur Anwendung gebracht werden, um den Durchgang abzudichten, umfasst das Spritzen eines Kunststoffmaterials, das einem Material des Gehäuses um die Steckelemente entspricht. Diese Art von Dichtung ist jedoch oftmals im Ergebnis der Ablösung, des Zusammenziehens des Kunststoffmaterials oder im Ergebnis einer rauh strukturierten Oberfläche undicht, wie beispielsweise bei einem ausgestanzten Steckkontakt. Um die Dichtung zu verbessern, könnte eine Austrittsfläche der Steckelemente zusätzlich abgedichtet werden, nachdem das Kunststoffmaterial um die Steckelemente gespritzt wurde. Ein nachfolgender Behandlungsschritt dieser Art ist jedoch kompliziert und kostenintensiv. Ein nicht ausgestanzter Kontakt könnte ebenfalls verwendet werden, so dass eine gleichmäßige strukturierte Oberfläche für die Adhäsion des Kunststoffmaterials bereitgestellt wird; jedoch sind nicht ausgestanzte Kontakte schwierig und kostspielig herzustellen. Zusätzlich könnte ein runder Kontaktstift durch das Gehäuse eingesetzt werden. Diese Lösung ist jedoch kostspielig, weil sie das Abdichten von Verbindungsstellen zwischen dem Stift und einem benachbarten Leiterweg erfordert.
Ein weiteres Verfahren, das zur Anwendung kommt, um den Durchgang abzudichten, umfasst das Spritzgießen von zwei unterschiedlichen thermoplastischen Materialien in den Durchgang, um eine Dichtung zu bilden. Diese Art von Dichtung ist jedoch darin unbefriedigend, dass eine Qualitätsdichtung nicht zwischen dem thermoplastischen Material und dem Metall der Steckelemente gebildet wird. Zusätzlich, wenn eines der thermoplastischen Materialien durch einen nicht reaktionsfähigen Schmelzklebstoff ersetzt und das andere thermoplastische Material um dieses gespritzt wird, ist die Abdichtqualität der Grenzschicht zwischen dem thermoplastischen Material und dem Schmelzklebstoff dennoch instabil, weil der Schmelzklebstoff eine geringe Dimensionsstabilität aufweist, wenn er großen Temperaturveränderungen ausgesetzt wird.
Es ist ebenfalls bekannt, die Steckelemente mit elastischen Dichtungen vorzumontieren, bevor die Steckelemente in das Gehäuse eingesetzt werden. Noch weitere Möglichkeiten umfassen einen Presssitz oder eine Profildichtung. Diese Lösungen erfordern jedoch zusätzliche Montageschritte und zusätzliches Personal, was Gelegenheit für weitere Fehler bietet. Zusätzlich, weil das Gehäuse und die Dichtung unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, können sich über die Zeit Spalten zwischen dem Gehäuse und der Dichtung bilden. Außerdem ist die Bildung der Dichtung kostspielig, nicht nur infolge der erforderlichen Geometrie der Dichtung, sondern ebenfalls infolge der erforderlichen Oberflächenqualität der Dichtungsfläche. Diese Arten von Dichtungen erfordern ebenfalls komplizierte Dichtungsversuche im Anschluss an die Montage und sind einer Abnutzung ausgesetzt, die das Auswechseln der Dichtung erfordert, was die Produktionskosten weiter erhöht.
Der Anmelder sprach die vorangehend erwähnten Probleme mit einem Verfahren an, das im DE 100 44 460 beschrieben wird. Bei diesem Verfahren wird ein Material um das Dichtungselement gespritzt, das vorzugsweise eine reaktionsfähige Polymermischung ist, wenn das Dichtungselement in einem nicht ausgehärteten Zustand ist, um das Gehäuse herzustellen. Dieses Verfahren führt zu einer beträchtlichen Verbesserung der Abdichtungseigenschaften zwischen dem Dichtungselement und dem Gehäuse. Obgleich sich dieses Verfahren in der Praxis als vorteilhaft erwiesen hat, bleibt jedoch der Wunsch nach einer vereinfachten Handhabung noch bestehen.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Konstruktionseinheit zu entwickeln, die in wenigen Schritten hergestellt werden kann, und die eine einfache und wirtschaftliche Dichtung aufweist, insbesondere zwischen dem Dichtungselement und dem Gehäuse.
Die vorangehend erwähnten Probleme werden durch eine Konstruktionseinheit nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren nach Patentanspruch 11 gelöst.
Dieses und weitere Ziele werden durch eine Konstruktionseinheit mit einem Gehäuse aus einem ersten Material erreicht. Ein Kabel gelangt durch das Gehäuse. Ein Dichtungselement aus einem zweiten Material wird zwischen dem Kabel und dem Gehäuse angeordnet. Das erste Material ist ein Kunststoffmaterial, und das zweite Material ist ein Schmelzklebstoff mit einem Querelastizitätsmodul von weniger als 500 N/mm² bei 0 Grad Celsius und einer Dimensionsstabilität unter Wärme HDT B (ISO 75-2) von mehr als 230 Grad Celsius.
Die Erfindung wird jetzt detaillierter mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
1a eine schematische Darstellung einer Konstruktionseinheit entsprechend der Erfindung;
1b eine Schnittdarstellung der Konstruktionseinheit aus 1a;
2a eine perspektivische Darstellung eines Steckkontaktes während einer ersten Stufe der Herstellung;
2b eine perspektivische Darstellung des Steckkontaktes während einer zweiten Stufe der Herstellung;
2c eine perspektivische Darstellung des Steckkontaktes während einer dritten Stufe der Herstellung;
3 eine Schnittdarstellung des Steckkontaktes aus 2.
1 zeigt die Konstruktionseinheit 10. Die Konstruktionseinheit 10 soll nicht durch das veranschaulichte Beispiel beschränkt werden, sondern verkörpert eine einer Vielzahl von verschiedenen Konstruktionselementen, die alle im Wesentlichen die gleiche Struktur aufweisen. Beispielsweise kann die Konstruktionseinheit 10 ein elektrischer Stecker, eine elektrische Einheit, die in einem Gehäuse angeordnet ist, ein Schließzylinder eines Kraftfahrzeuges, der in einem isolierenden Gehäuse angeordnet ist, usw. sein.
Wie in 1 gezeigt wird, umfasst die Konstruktionseinheit 10 ein Gehäuse 12. Das Gehäuse 12 kann beispielsweise ein Teil der Konstruktionseinheit 10 sein oder die Konstruktionseinheit 10 selbst bilden. Das Gehäuse 12 kann aus einem Thermoplast, wie beispielsweise Polyoxymethylen (POM), Polybutylenterephthalat (PBT), Poly-Butyl-Acrylat (PBA), die hinsichtlich ihrer Eigenschaften, ihrer Verarbeitbarkeit und ihrer Kosten vorteilhaft sind, oder irgendeinem anderen Material hergestellt werden, das eine Dimensionsstabilität zeigt, wie beispielsweise duroplastische Materialien. Ein Durchgang 13 erstreckt sich durch das Gehäuse 12. Der Durchgang 13 entspricht einem Querschnitt eines Kabels 20, was später beschrieben wird, und kann irgendeine geometrische Konfiguration aufweisen, die ermöglicht, dass das Kabel 20 durch die Konstruktionseinheit 10 geführt wird.
Es wird verstanden, dass das Kabel 20 irgendein Element ist, das von einer Seite der Konstruktionseinheit 10 durch den Durchgang 13 zur anderen Seite der Konstruktionseinheit 10 geführt werden soll. Das Kabel 20 kann beispielsweise ein elastisches Mantelkabel, elektrische Steckelemente, Rohrkabel, wie beispielsweise Kühlmittelrohre, oder Schließzylinder sein. Alternativ kann das Kabel 20 ein elektrischer Leiterweg mit einem rechteckigen Querschnitt sein. Das Material, die Länge und die Querschnittsgeometrie des Kabels 20 sind mit Bezugnahme auf die Erfindung unbedeutend.
Ein Dichtungselement 30 steht mit dem Durchgang 13 in Verbindung. Obgleich das Dichtungselement 30 als im Wesentlichen eine rechteckige Form aufweisend veranschaulicht wird, kann das Dichtungselement 30 jede gewünschte Form aufweisen. Das Dichtungselement 30 kann aus einem reaktionsfähigen voll vernetzten Schmelzklebstoff hergestellt werden, wie beispielsweise einem Schmelzklebstoff auf PA-Basis, der gute Klebeeigenschaften aufweist, insbesondere auf Metall, so dass das Dichtungselement 30 auf einer Oberfläche des Kabels 20 und des Gehäuses 12 haften kann, um eine Dichtung damit zu erzeugen. Das Dichtungselement 30 weist eine hohe Dimenstionsstabilität unter Wärme HDT B (ISO 75-2) von mindestens 230 Grad Celsius und einen Querelastizitätsmodul von vorzugsweise weniger als 200 N/mm² bei 0 Grad Celsius auf. Der Wert des Querelastizitätsmoduls kann ebenfalls größer als 200 N/mm² bei 0 Grad Celsius sein; jedoch wird die Qualität der Klebe- und Abdichtungseigenschaften etwas verringert. Das Dichtungselement 30 wird gebildet, um das Kabel 20 im Wesentlichen entlang eines Längsabschnittes 22 und längs eines Umfanges einzuschließen, während es an einer Innenfläche des Durchganges 13 haftet, so dass der Durchgang 13 von einer Vorderseite 16 des Gehäuses 12 zur Hinterseite 14 des Gehäuses 12 abgedichtet wird. Der Durchgang 13 wird so gebildet, dass er sowohl in Richtung der Hinterseite 14 als auch der Vorderseite 16 des Gehäuses 12 verschlossen wird, d.h., eine Fläche des Gehäuses 12 auf einer Vorderfläche 31 des Dichtungselementes 30 aufliegt, die zur Hinterseite 14 und der Vorderseite 16 hin liegt. Das Dichtungselement 30 wird dadurch vor äußeren Einflüssen geschützt.
Das Verfahren zur Herstellung einer Konstruktionseinheit 10, die als ein Stecker 110 ausgebildet wird, wird jetzt detaillierter beschrieben. Wie in 2c und 3 gezeigt wird, weist der Stecker 110 ein Gehäuse 112 mit einem Durchgang 113 auf. Steckkontakte 120 sind innerhalb des Durchganges 113 angeordnet und erstrecken sich von einer Hinterseite 114 des Steckers 110.
Wie in 2a gezeigt wird, weisen die Steckkontakte 120 drei längliche Leiterwege 121 auf. Die Leiterwege 121 werden aus einem elektrisch leitenden Material ausgestanzt, beispielsweise Kupfer. Die länglichen Leiterwege 121 weisen einen ersten Längsabschnitt oder Steckabschnitt 123, einen zweiten Längsabschnitt oder Dichtungsabschnitt 122 und einen dritten Längsabschnitt oder Verbindungselement 124 auf. Die Leiterwege 121 sind so ausgerichtet, dass sie sich parallel zueinander in einem Bereich eines Steckabschnittes 123 und eines Verbindungsabschnittes 124 erstrecken. Der Abstand von den Leiterwegen 121 ist im Steckabschnitt 123 größer als im Verbindungsabschnitt 124. Der mittlere Dichtungsabschnitt 122 der Leiterwege 121 weist eine vergrößerte Fläche auf, die mit Öffnungen 126 versehen ist. Die vergrößerte Fläche kann für das Befestigen von elektrischen Elementen benutzt werden, wie beispielsweise Kondensatoren.
Wie in 2b gezeigt wird, werden dann die ausgerichteten Leiterwege 121 verpresst oder eingehüllt in einem Bereich des Dichtungsabschnittes 122 mit einem Schmelzklebstoff, um ein Dichtungselement 130 durch Anordnen der Leiterwege 121 in einem Hohlraum zu bilden. Weil das Dichtungselement 130 mittels gut bekannter Spritzgießverfahren gebildet wird, wird das Verfahren zur Bildung des Dichtungselementes 130 nicht detaillierter beschrieben. Alternativ können ebenfalls andere gut bekannte Verfahren für die Bildung des Dichtungselementes 130 zur Anwendung gebracht werden. Der Schmelzklebstoff, wie er vorangehend beschrieben wird, kann ein reaktionsfähiger Schmelzklebstoff mit einem Querelastizitätsmodul von weniger als 200 N/mm² bei 0 Grad Celsius sein, basierend auf einem PA-Material. Das Dichtungselement 130 umgibt vollständig den Dichtungsabschnitt 122 eines jeden Leiterweges 121 und bedeckt eine vollständige Umfangsfläche davon. Die vergrößerte Fläche der Leiterwege 121 im Dichtungsabschnitt 122 sichert eine feste Adhäsion des Dichtungselementes 130 an den Leiterwegen 121, so dass verhindert wird, dass das Dichtungselement 130 sich neigt oder dreht. Die Öffnungen 126 sichern zusätzlich eine feste Adhäsion in einer Längsrichtung.
Sobald das Material des Dichtungselementes 130 vollständig ausgehärtet oder vollständig vernetzt ist, werden die Steckkontakte 120 in einem anderen Hohlraum angeordnet, um das Gehäuse 112 zu bilden. Das Gehäuse 112 wird ebenfalls durch Spritzgießen gebildet. Alternativ können andere gut bekannte Verfahren ebenfalls zur Anwendung gebracht werden, um das Gehäuse 12 zu bilden, beispielsweise das Spritzen oder Verteilen des thermoplastischen Materials darauf. Der Hohlraum ist so, dass es möglich ist, vollständig um das Dichtungselement 130 herum zu spritzen. Weil das Dichtungselement 130 bereits vollständig vernetzt wird, wenn es gespritzt wird, weist das Material des Dichtungselementes 130 eine hohe Dimensionsstabilität unter Wärme auf, und es ergeben sich kaum irgendwelche Verformungen auf der Oberfläche des Dichtungselementes 30. Zusätzlich wird verhindert, dass sich das Dichtungselement 130 verformt, wenn das heiße thermoplastische Material darauf gespritzt wird. Die hohe Elastizität des Dichtungselementes 130 hält die Dichtung im Kontaktbereich des Dichtungselementes 130 und des Gehäuses 112 aufrecht, selbst wo große Temperaturveränderungen zu verzeichnen sind, wie beispielsweise herab bis zu –40 Grad Celsius.
Wie in 3 gezeigt wird, sobald sich das thermoplastische Material verfestigt hat, das zur Bildung des Gehäuses 112 verwendet wird, ist der Stecker 110 komplett, und eine Klinke kann in den Steckabschnitt 123 innerhalb des Durchganges 113 des Gehäuses 112 gesteckt werden, um eine elektrische Verbindung zu schaffen.
Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es möglich, eine Konstruktionseinheit 10, 110 mit einem Dichtungselement 30, 130 mit hoher Abdichtungsqualität beizubehalten, wobei die Verfahrensschritte einfach und wirtschaftlich durchgeführt werden können. Insbesondere können konventionelle Spritzgießverfahren zur Anwendung gebracht werden. Der Vorteil dieses Verfahrens, verglichen mit dem früheren, das in der vorangehend erwähnte Patentanmeldung angeführt wird, ist der, dass das Dichtungselement 30, 130 selbst gehandhabt werden kann, insbesondere ebenfalls zwischengelagert, so dass die Herstellung der gesamten Konstruktionseinheit 10, 110 anpassungsfähiger vorgenommen werden kann. Dieses Verfahren ermöglicht ebenfalls eine sehr wirtschaftliche und einfache Herstellung, weil die Anlagen, die bereits für die Herstellung von Konstruktionseinheiten vorhanden sind, weiter ohne Probleme zum Einsatz gebracht werden können. Das Verfahren entsprechend der Erfindung erfordert daher keine Veränderung der vorhandenen Technologie und ermöglicht, dass sie innerhalb einer kurzen Zeit umgewandelt werden kann. Insbesondere sind nur geringe Investitionen erforderlich.
Eine Konstruktionseinheit 10, 110 dieser Art zeigt den Vorteil, dass ausgezeichnete bleibende Abdichtungseigenschaften erreicht werden, insbesondere infolge der Elastizität des Dichtungsmaterials 30, 130. Einen weiteren Vorteil kann man darin sehen, dass das Dichtungselement 30, 130 für im Wesentlichen jegliche Dichtungsgeometrie verwendet werden kann. Die Form des Dichtungselementes 30, 130 wird nur durch den Vorgang des Befestigens festgelegt, so dass die Form der Dichtung keine Beschränkung jeglicher Art betreffs der Geometrie bewirkt. Die Konstruktionseinheit 10, 110 kann daher ein selbständiges Gehäuse für das Aufnehmen eines mechatronischen Bauteils oder eines Steckverbinders sein, mit Kontakten versehen, die an einem Gehäuse, einem Rahmen oder einem Stecker angebracht werden können.

Claims

Konstruktionseinheit mit einem Gehäuse (12) aus einem ersten Material, mindestens einem Kabel (20), das sich durch das Gehäuse (12) erstreckt, und einem Dichtungselement (30) aus einem zweiten Material, das zwischen dem Kabel (20) und dem Gehäuse (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material ein Kunststoffmaterial und das zweite Material ein Schmelzklebstoff mit einem Querelastizitätsmodul von weniger als 500 N/mm² bei 0 Grad Celsius ist und eine Dimensionsstabilität unter Wärme HDT B (ISO 75-2) von mehr als 230 Grad Celsius aufweist.
Konstruktionseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material ein Schmelzklebstoff mit einem Querelastizitätsmodul von weniger als 200 N/mm² ist.
Konstruktionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzklebstoff ein reaktionsfähig vernetzender Zweikomponentenschmelzklebstoff ist.
Konstruktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzklebstoff ein Material auf der Basis von PU ist.
Konstruktionseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzklebstoff ein feuchtigkeitsvernetzendes Einkomponentenmaterial ist.
Konstruktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzklebstoff ein Material auf der Basis von PA ist.
Konstruktionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material Polyoxymethylen, Polybutylenterephthalat oder Poly-Butyl-Acrylat ist.
Konstruktionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein elektrisches oder mechatronisches Bauteil aufnimmt.
Konstruktionseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil durch das Dichtungselement (30) umgeben wird, das Gehäuse (12) das Dichtungselement (30) umgibt und das Kabel (20) in das Gehäuse (12) von einer Außenseite des Gehäuses (12) eindringt und sich so weit wie das Bauteil erstreckt.
Konstruktionseinheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (20) als ein elektrisches, fluid- und/oder wärmeleitendes Kabel konstruiert ist.
Verfahren zur Herstellung einer Konstruktionseinheit, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem Gehäuse (12) aus einem ersten Material, einem Kabel (20), das in das Gehäuse eindringt oder durch dieses hindurchgeht, und einem Dichtungselement (30) aus einem zweiten Material, das zwischen dem Kabel (20) und dem Gehäuse (12) angeordnet ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Aufbringen des zweiten Materials auf einen Abschnitt des Kabels (20) längs des gesamten Umfanges des Kabels (20), um das Dichtungselement (30) zu halten, wobei das zweite Material ein Schmelzklebstoff ist, dessen Querelastizitätsmodul kleiner ist als 500 N/mm² bei 0 Grad Celsius, und das eine Dimensionsstabilität unter Wärme HDT B (ISO 75-2) von mehr als 230 Grad Celsius aufweist; und Spritzen des ersten Materials um das Dichtungselement (30), nachdem es ausgehärtet ist, um das Gehäuse (12) zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzklebstoff einen Querelastizitätsmodul von weniger als 200 N/mm² aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzklebstoff eine Dimensionsstabilität unter Wärme HDT B (ISO 75-2) von mehr als 230 Grad Celsius aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzklebstoff ein Material auf der Basis von PU ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzklebstoff ein feuchtigkeitsvernetzendes Einkomponentenmaterial ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzklebstoff aus einem Material auf der Basis von PA besteht.