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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrische Verbinder,
und insbesondere bezieht sie sich auf umgossene Verbinder mit Drähten, die
an den Verbinderkontakten befestigt sind, und ein Verfahren zur
Herstellung desselben.
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Elektrische
Verbinder, die leitfähige
Kontakte, die durch ein geschmolzenes, isolierendes Material verkapselt
sind, sind dem Stand der Technik wohl bekannt. Solche Verbinder
liefern im Allgemeinen eine zuverlässige, hermetisch abgedichtete
Verbindung, die zur Verwendung rauhen Umgebungen, beispielsweise
bei Kraftfahrzeuganwendungen, geeignet sind. Wenn ein Verbinder
hergestellt werden soll, der flexible Drähte umfasst, die an den Kontakten
befestigt sind, treten jedoch bekanntlich viele Herstellungsprobleme
auf. Flexible, leitfähige
Drähte
werden in einer Verbinderanordnung verwendet, um eine interne Verbindung
zwischen Kontakten herzustellen, um interne Verbindungen mit integrierten
elektronischen Komponenten bereit zu stellen, und um Verbindungen
mit einem Punkt außerhalb
des Verbinders herzustellen. Um die Beschreibung hier zu vereinfachen,
werden diese flexiblen Drähte
hier unabhängig
von ihren speziellen Funktionen in dem Verbinder allgemein als „Fliegeleitungen” bezeichnet.
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Um
einen Verbinder mit Fliegeleitungen herzustellen, werden traditionell
Drähte
erst an den Kontakten befestigt. Die Kontakte und die Drähte werden dann
in eine bearbeitete Gußform
eingesetzt, die die Kontakte in einer geeigneten Position trägt. Schließlich wird
ein isolierendes Material in die Spritzgußform eingespritzt, um die
Kontakte und die Drähte
in ihrer Position zu verkapseln. Dieses Verfahren wird gewöhnlich als
Umgießen
bezeichnet. Wenn sich jedoch die Drähte während des Umgiessverfahrens bewegen,
ist die Wandstärke
des Gussteils nicht konsistent. Dies kann eine Schwächung des
Bauteils und sichtbare Bauteilfehler zur Folge haben.
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Das
US Patent Nr. 5,374,176 an
Jang offenbart eine Drahtklemmvorrichtung zur Verwendung mit einer
Spritzgußmaschine.
Das '176 Patent
offenbart die Verwendung der Klemmvorrichtung, um die Position der
Leiter aufrecht zu erhalten, die sich von einer elektronischen Schaltung
weg erstrecken, die durch die Spritzgußmaschine verkapselt werden
soll. Um die Klemmvorrichtung zu verwenden, wird die Schaltung,
die verkapselt werden soll, in eine geeigneter Spritzgußform eingelegt,
wobei sich die Leiter davon weg erstrecken. Die Leiter werden in
der Klemmvorrichtung ausgerichtet, die dann angelegt wird, um die
Leiterposition beizubehalten. Die Klemme behält die Leiterposition durch
das gesamte Spritzgußverfahren
hindurch bei. Während
die Leiterausrichtung erreicht wird, hat die Verwendung dieser Klemme
einen Nachteil, indem jeder Teil, der verkapselt werden soll, vor
dem Spritzgießen
sorgfältig
in der Klemmanordnung ausgerichtet werden muss. Dies erfordert ein
Maß an
Sorgfalt und Geschicklichkeit bei der Bedienungsperson der Spritzgußmaschine,
um konsistente Resultate in dem Endprodukt sicher zu stellen.
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Das
US Patent Nr. 4,339,407 an
Leighton offenbart ebenfalls ein Verfahren zum Verkapseln einer elektronischen
Schaltung. Das '407
Patent lehrte die Vormontage einer elektronischen Schaltung, die
verkapselt werden soll, und die Anordnung dieser vormontierten Schaltung
in einen vorgeformten Guß träger. Der
Gußträger wird
mit einer internen Anordnung von Vorsprüngen und Nuten ausgebildet,
was das Einfügen
der Schaltung und die Beibehaltung der Position erleichtert. Der
Gußträger umfasst
ferner vorher angeordnete Perforationen, um zu ermöglichen, dass
die Schaltungsleiter sich zum Anschluß an die verkapselte Schaltung über den
Träger
hinaus erstrecken. Dieses Verfahren der Verkapselung erfordert die
Vormontage der Komponenten in einer freien Form mit einer ausreichenden
Präzision,
um einen ordnungsgemäßen Sitz
der Schaltung in dem Träger zu
gestatten. Das Maß der
Präzision,
die erforderlich ist, ist ein Nachteil bei Herstellungsverfahren
mit hohen Stückzahlen.
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Die
EP-A-0644615 offenbart
einen elektrischen Verbinder, der einen Verbinderabschnitt und einen
Innen-Aussen-Kommunikationsabschnitt hat, wobei beide Abschnitte
in einem primären
Gußarbeitsgang
hergestellt werden. Der Innen-Aussen-Kommunikationsabschnitt hält einen
Draht, der mit einem elektrischen Kontakt verbunden ist, der in dem
Verbinderabschnitt angeordnet ist. Der Draht erstreckt sich während eines
sekundären
Gußarbeitsgangs
von dem Inneren einer Gußform
zur Außenseite
der Gußform.
Zwischen den beiden Gußarbeitsgängen müssen der
Verbinderabschnitt, der Innen-Aussen-Kommunikationsabschnitt, wenigstens ein
elektrischer Kontakt und wenigstens ein Draht, der mit dem wenigstens
einem elektrischen Kontakt verbunden ist, zusammengebaut werden.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbinderanordnung
mit internen Fliegeleitungen bereit zu stellen, die an den Verbinderkontakten
befestigt sind, wobei der Verbinder eine genaue Ausrichtung der
Kontakte in einem Verbindergehäuse
aufweist.
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Es
ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbinder
mit Fliegeleitungen bereit zu stellen, der eine positive, wiederholbare
Drahtführung
in dem Verbinderkörper
liefert.
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Es
ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbinder
mit Fliegeleitungen bereit zu stellen, der eine gleichförmige und
wiederholbare Wandstärke
in einem umgossenen Verbindergehäuse
hat.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung
zum Tragen von Kontakten und Beibehaltung der Drahtausrichtung während eines
Umgußverfahrens
für einen
Verbinder mit Fliegeleitungen bereit zu stellen.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Herstellung einer Verbinderanordnung mit Fliegeleitungen bereit
zu stellen, das Probleme überwindet,
die früher
im Stand der Technik aufgetreten sind.
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Gemäß einer
Form der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verbinder, der elektrische
Anschlusskontakte und flexible, leitfähige Fliegeleitungen umfasst,
einen skelettartigen Gußeinsatz,
der als einheitliche Struktur ausgebildet ist. Der skelettartige Gußeinsatz
umfasst Kontakttragemittel, die durch einen Kontakttrageabschnitt
gebildet sind, um elektrische Anschlußkontakte aufzunehmen und starr
auszurichten, und Drahtverankerungsmittel, die durch einen Drahtverankerungsabschnitt
gebildet sind. Die Drahtverankerungsmittel werden in einer starren Ausrichtung
mit den Kontakttragemitteln gehalten. Der Drahtverankerungsabschnitt
weist ein im wesentlichen ebenes Teil auf, und das Drahtverankerungsmittel
umfasst wenigstens einen Schaft, der an dem Drahtverankerungsabschnitt
befestigt ist und sich im wesentlichen senkrecht davon erstreckt.
Die flexiblen, leitfähigen
Fliegeleitungen sind um den wenigstens einen Schaft herum gelegt,
so dass die Fliegeleitungen im Wesentlichen an den Drahtverankerungsmitteln
befestigt sind. Ferner umfasst der Verbinder einen im wesentlichen
isolierenden, äußeren Verbinderkörper. Der äußere Verbinderkörper verkapselt
die elektrischen Kontakte, die leitfähigen Fliegeleitungen, die
Kontakttragemittel und die Drahtverankerungsmittel.
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Entsprechend
einem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein elektrischer
Verbinder hergestellt, in dem skelettartiger Gußeinsatz verwendet wird, der
Drahtverankerungsmittel und Kontakttragemittel hat. Das Verfahren
umfasst die Schritte des Befestigens elektrischer Kontakte an den
Kontakttragemitteln, des elektrischen Anschließens der leitfähigen Fliegeleitungen
an den elektrischen Kontakten, des Befestigens der leitfähigen Fliegeleitungen
an den Drahtverankerungsmitteln und des Umgießens der resultierenden Anordnung
mit einem im wesentlichen isolierenden Material, um einen äußeren Verbinderkörper für den elektrischen
Verbinder zu bilden.
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Diese
und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden, detaillierten Beschreibung von beispielhaften
Ausführungsformen
davon ersichtlich, die im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen
zu lesen ist.
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1 ist
eine perspektivische Darstellung in Frontansicht von einem skelettartigen
Gußeinsatz, der
Kontakttragemittel und Drahtverankerungsmittel umfasst, die gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet sind.
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2 ist
eine perspektivische Darstellung in Frontansicht von einem skelettartigen
Gußeinsatz, der
Kontakttragemittel und Drahtverankerungsmittel hat, die gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet sind.
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3 ist
eine perspektivische Darstellung des skelettartigen Gußeinsatzes
der 1 und 2, wobei des weiteren die elektrischen
Kontakte dargestellt sind, die in den beispielhaften Kontakttragemitteln
eingesetzt sind.
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4 ist
eine Seitenansicht des skelettartigen Gußeinsatzes der 1 bis 3,
wobei des weiteren die elektrischen Kontakte, die von den Kontakttragemitteln
getragen werden, und die Fliegeleitungen gezeigt sind, die von den
beispielhaften Drahtankern gehalten werden.
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5 ist
eine Seitenansicht eines umgossenen Verbinders, der gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt ist, wobei ferner der skelettartige Gußeinsatz
in Zusammenwirkung mit der umgossenen, isolierenden Schale dargestellt
ist.
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6 ist
eine Frontansicht eines umgossenen Verbinders, der gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt ist.
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7 ist
eine Querschnittsdarstellung eines umgossenen Verbinders, der entsprechend
der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
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Ein
elektrischer Verbinder mit Fliegeleitungen, der entsprechend der
vorliegenden Erfindung hergestellt wird, wird unter Verwendung eines
skelettartigen Gußeinsatzes
hergestellt, um eine Gußeinsatz-Un terbaugruppe
zu bilden. Die 1 und 2 sind perspektivische
Darstellungen in Front- bzw. Rückansicht,
die ein exemplarisches Ausführungsbeispiel
des skelettartigen Gußeinsatzes
zeigen, der gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist. 3 zeigt
des weiteren den skelettartigen Gußeinsatz in Zusammenwirkung
mit elektrischen Kontakten 24. Vorzugsweise wird der skelettartige
Gußeinsatz 10 als
einheitliche Struktur ausgebildet, die einen Verbindertrageabschnitt 12 und
einen Drahtverankerungsabschnitt 14 hat. Der skelettartige
Gußeinsatz 10 wird
vorzugsweise aus einem im wesentlichen starren, nicht-leitenden
Material hergestellt.
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Der
Kontakttrageabschnitt 12 ist zum Tragen elektrischer Kontakte 24 vorgesehen.
Die elektrischen Kontakte 24 werden in dem skelettartigen Gußeinsatz 10 vor
dem Umgießen
angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist der Verbindertrageabschnitt 12 ein
im Wesentlichen ebenes Teil mit einer Vorderfläche 12a, einer beabstandeten,
hinteren Oberfläche 12b,
die parallel und gegenüberliegend
zu der Frontfläche 12a angeordnet
ist, und einer Dicke, die die Frontfläche 12a und die hintere
Oberfläche 12b trennt.
Jeder Kontakt 24 wird in dem Kontakttrageabschnitt 12 durch
einen Kanal oder einen Durchgang 16 getragen, der sich zwischen
der Vorderfläche 12a und
der hinteren Oberfläche 12b durch
den ebenen Teil erstreckt.
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Jeder
Kontakttragedurchgang 16 ist so dimensioniert und geformt,
dass er einen ausgewählten,
elektrischen Kontakt 24 aufnimmt und hält. Vorzugsweise umfasst der
Kontakttragedurchgang 16 eine leicht vergrößerte, abgeschrägte Öffnung 18 auf entweder
der Vorderfläche 12a oder
der hinteren Oberfläche 12b,
um das Einsetzen des Kontakts 24 zu erleichtern. Vorzugsweise
umfasst die Fläche,
die der mit der abgeschrägten Öffnung versehenen
Fläche
gegenüber
liegt, einen vorstehenden Kragen 20. Der Kragen 20 wird
als von einer Oberfläche
des ebenen Teils im wesentlichen senkrecht vorstehendes Teil 12 ausgebildet.
Der Kragen 20 bildet einen abgeschrägten, einschränkenden
Fortsatz, der koaxial mit der Perforation 16 ausgerichtet
ist, was einen verbesserten Reibsitz bereit stellt, um einen Kontakt 24 zu
halten, der in den Durchgang 16 eingefügt ist. Diese Anordnung ermöglicht das
leichte Einführen des
Kontakts 24 durch den Kontakttrageabschnitt 12, während dennoch
eine ausreichende Stabilität
für den
Kontakt 24 während
des Umgiessverfahrens bereit gestellt wird. Der vorstehende Kragen 20 ermöglicht,
dass die Dicke des ebenen Teils 12 reduziert wird, ohne
dass die Kontaktunterstützung
beeinträchtigt
wird.
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Der
skelettartige Gußeinsatz 10 umfasst
ferner einen Drahtverankerungsabschnitt 14 und eine Vielzahl
von Drahtverankerungselementen 22. Die 1 bis 4 zeigen
ein beispielhaftes Ausführungsbei spiel
des skelettartigen Gußeinsatzes 10, wobei
der Drahtverankerungsabschnitt 14 als im wesentlichen ebener
Teil ausgebildet ist, der in senkrechter Ausrichtung mit dem Kontakttrageabschnitt 12 befestigt
ist. Es ist jedoch zu verstehen, dass die spezielle Geometrie des
Drahtverankerungsabschnitts 14 und seiner Ausrichtung mit
dem Kontakttrageabschnitt 12 für die Ausführung der vorliegenden Erfindung
nicht kritisch ist.
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Vorzugsweise
nimmt jedes Drahtverankerungselement 22 die Form eines
Schaftes 22a an, der sich senkrecht von einer Oberfläche des
Verankerungsabschnitts 14 weg erstreckt. Um einen Draht auf
dem Schaft 22a zu halten, endet der Schaft 22a vorzugsweise
in einem vergrößerten Knopf 22b.
Der zu verankernde Draht wird mit wenigstens einer Windung um den
Schaft 22a gewickelt und durch den Knopf 22b in
Position gehalten. Die Länge
und der Durchmesser des Schaftes 22a und der Durchmesser
des Knopfes 22b werden so gewählt, dass der Draht um den
Schaft 22a herum gelegt und in seiner Position gegen den
Drahtverankerungsabschnitt durch den vergrößerten Knopf 22 gehalten
werden kann. Diese Größen sind
weitgehend eine Funktion des Drahtdurchmessers.
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Alternative
Formen des Drahtverankerungselements 22 werden als innerhalb
des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung angesehen. Solche Alternativen
umfassen geteilte Schäfte,
perforierte Rückhaltemittel,
hervorstehende Hacken und andere Ansätze, die einen Draht wirksam
in ähnlicher
Art und Weise halten können.
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3 zeigt
weiterhin den skelettartigen Gußeinsatz
der 1 und 2, wobei elektrische Kontakte 24 in
den Kontakttragedurchgängen 16 eingesetzt
sind. Die gezeigten Kontakte 24 haben ein erstes Ende 24a zur
Zusammenwirkung mit einem geeigneten, passenden Kontakt und ein
zweites Ende 24b zum elektrischen Anschluß mit einem
leitfähigen
Draht. Die Kontakte 24, die in 3 gezeigt sind,
umfassen ferner eine Öffnung 24c,
die in der Nähe
des zweiten Endes 24b angeordnet sind, um einen Draht durch
sie hindurch aufzunehmen. Die Öffnung 24c hält die Drahtposition
vor und während eines
Lötarbeitsgangs.
Alternativ kann der Draht um den Kontakt 24 herum gewickelt
werden, oder er kann eine Endkappe 26 aufweisen, die über den
Kontakt 24 (4) passt.
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Bezugnehmend
auf 4 ist der skelettartige Gußeinsatz 10 in Zusammenwirkung
mit elektrischen Kontakten 24 und Drähten 28 gezeigt. Die Drähte 28 sind
mit den elektrischen Kontakten 24 verbunden und an den
Drahtverankerungselementen 22 befestigt.
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Die
exemplarliche Ausführungsform,
die in 4 gezeigt ist, ist für ein elektromagnetisches Automobilventil-Stellorgan
bestimmt. Das Automobilventil-Stellorgan umfasst vier elektrische
Kontakte 24, die als zwei Kontaktpaare konfiguriert sind.
Jedes Kontaktpaar ist einem Draht zugeordnet, der zwei Enden hat
und der um eine Form gewickelt ist, um eine elektromagnetische Spule 30, 32 zu
verwirklichen. In dem Ausführungsbeispiel
von 4 sind zwei solcher elektromagnetischer Spulen 30, 32 an dem
skelettartigen Gußeinsatz 10 befestigt.
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Die 5 bis 7 zeigen
des weiteren einen umgossenen Verbinder, der gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt ist. Die 5 bis 7 sind ebenfalls
auf ein Automobilventil-Stellorgan gerichtet, das in 4 gezeigt
ist. Um dieses Stellorgan herzustellen, werden der skelettartige
Gußeinsatz 10,
die Kontakte 24 und die Spulenanordnungen 30, 32 in
einer geeigneten Spritzgußform
angeordnet. Ein elektrisch isolierendes Material wird dann in der Gußform eingespritzt,
wodurch die skelettartige Gußeinsatz – Unterbaugruppe
umgossen wird, wobei der äußere Verbinderkörper 34 hergestellt
wird. Die Größe, die
Form und die Kontur des äußeren Verbinderkörpers 34 kann
eine beliebige, geeignete Form annehmen, um eine spezielle Verbinderfunktion
zu erreichen.
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Im
Falle eines Ventilstellorgans für
Kraftfahrzeuge werden die erste Spule 30 und die zweite
Spule 32 so angeordnet, dass sie einander mit einem Spalt
dazwischen gegenüber
liegen. Das Kraftfahrzeugventil wird dann in dem Spalt zwischen
den Spulen 30, 32 positioniert. Wenn eine Spannung
zwischen den Kontaktpaaren angelegt wird, wird ein magnetisches
Feld in den Spulen 30, 32 erzeugt, welches das
Ventil betätigt.
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Ein
umgossener Verbinder der gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt ist, zeigt geringere Herstellungskosten und
eine größere Konsistenz zwischen
den Teilen. Durch Verankerung der Fliegeleitungen an dem skelettartigen
Gußeinsatz
wird eine kontrollierte Drahtposition ohne die Verwendung hochentwickelter
Gußklemmen
erreicht. Da der skelettartige Gußeinsatz außerhalb der Gußform vormontiert
wird, wird ferner das Gußverfahren
erheblich vereinfacht.