EP1356480B1 - Abgedichtete schaltvorrichtung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung, insbesondere zum Betätigen von Ventilen, mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten Spulenkörper, in dem ein Schaltteil geführt und der mit einer Wicklung eines Leiters versehen ist, der mit Kontaktteilen eines Anschlußsteckers in Verbindung steht, wobei zumindest Teile des Gehäuses und des Anschlußsteckers mit einer Kunststoffmasse umgeben sind und wobei Dichtmittel das Innere der Schaltvorrichtung gegenüber der Umgebung abdichten.
• Dahingehende Schaltvorrichtungen, die man in der Fachsprache auch als Schaltmagnete bezeichnet, sind beispielsweise durch die DE 36 35 551 A1 und das DE-GM 83 17 753 bekannt und auf dem Markt frei erhältlich. Das Schaltteil ist im wesentlichen aus einem rohrförmigen Bolzen gebildet, der bei elektrischer Erregung der Spule über einen an die Steckerplatte eines Anschlußsteckers anschließbaren Gerätestecker eine vorgebbare Wegstrekke zurücklegt und hierbei einen Schaltvorgang auslöst, beispielsweise bei einem Ventil zum Absperren und Führen von Fluidströmen. Werden diese bekannten Schaltvorrichtungen in Bereichen mit hoher Feuchtigkeit eingesetzt, wie sie sich unter anderem auch bei der Schwitzwasser- und Kondensatbildung ergibt, dringt die Feuchtigkeit ins Gehäuseinnere insbesondere zu dem Spulenkörper mit der Wicklung vor und führt dort mit einsetzender Korrosion zu einem Unbrauchbarwerden der Schaltvorrichtung. Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, zur Umgehung dieses Problems das Gehäuse der Schaltvorrichtung vollständig mit einer die Feuchtigkeit abhaltenden Kunststofi-Vergußmasse zu umgeben, was jedoch zu sehr groß aufbauenden Schaltvorrichtungen führt, die für den Einsatz in der Fahrzeugtechnik (Mobiltechnik), wo grundsätzlich nur wenig Einbauraum zur Verfügung steht, nicht geeignet sind.
• Bei einer Schaltvorrichtung nach der FR 1 348 792 ist zwar bereits vorgeschlagen worden, anstelle der Abdichtung über eine Kunststoff-Vergußmasse die möglichen Eindringstellen von Feuchtigkeit in das Gehäuse über Gummi-Dichtringe (O-Ringe) abzudichten, die endseitig in Sitzen von Gehäusedeckeln der Vorrichtung sowie zwischen dem Gehäuse und dem Steckeinsatz der Steckerplatte angeordnet sind. Es hat sich jedoch auch hier gezeigt, daß die Dichtwirkung insbesondere im Bereich des Steckeinsatzes der Steckerplatte gegenüber eindringender Feuchtigkeit nicht zufriedenstellend ist und daß mit zunehmendem Alter der Schaltvorrichtung, die mit einer Versprödung der Dichtringe einhergehen kann, die Abdichtung vollständig verloren geht.
• Eine weitere Magnetspulenanordnung ist durch die DE 198 54 100 A1 bekannt, die aus einer gekapselten Spule mit einem angespritzten Stecksockel für den Anschluß von elektrischen Anschlußleitungen und einem die gekapselte Spule umschließenden Metallgehäuse besteht. Die dem Schutzleiteranschluß zugeordnete Kontaktfahne ist durch den Stecksockel geführt und mit dem Metallgehäuse verbunden. Um zu verhindern, daß aufgrund der Kapillarwirkung zwischen der Kontaktfahne und dem diese umschließenden Kunststoff Feuchtigkeit in den Abschlußraum des Stecksockels eindringt, ist zwischen dem Stecksockel und der Außenfläche der gekapselten Spule eine Ausnehmung vorgesehen, in die das Metallgehäuse eingreift. Durch die Aussparung innerhalb des Stecksockels ist ein Verbindungselement geführt, das die Kontaktfahne mit dem Metallgehäuse elektrisch verbindet. Ein das Verbindungselement umschließendes Dichtelement ist in der Aussparung des Stecksockels angeordnet. Derartige Magnetspulenanordnungen werden zur Betätigung von elektromagnetisch betätigten hydraulischen Ventilen in der Industriehydraulik verwendet, bei denen von außen zugängliche Metallteile mit einem Schutzleiteranschluß zu verbinden sind.
• Bei einer gattungsgemäßen Schaltvorrichtung nach der DE 43 41 087 C2 hat man versucht, dem vorstehend genannten Problem dadurch zu begegnen, daß der genannte Steckeinsatz für die Anlage eines ringförmigen Dichtteils eine Anlagefläche aufweist, die mit einem vorgebbaren axialen Überstand über die der Außenumfangsfläche des Gehäuses zugewandte Unterseite der Steckerplatte derart vorsteht, daß im Einbauzustand durch Verpressen des ringförmigen Gummidichtteils zumindest der in Richtung des Spulenkörpers auftretende Spalt zwischen Steckerplatte und der Außenumfangsfläche des Gehäuses dichtend verschlossen ist, so daß derart die Feuchtigkeit an der Stelle des Aufsatzes der Steckerplatte nicht mehr in das Gehäuseinnere und insbesondere nicht zu dem Spulenkörper mit der Wicklung gelangen kann. Die dahingehende Lösung ist jedoch aufwendig zu realisieren und die genannten Teile müssen paßgenau zusammenwirken können, was den Herstellaufwand und mithin die Herstellkosten deutlich erhöht. Da im übrigen wieder ein Gummidichtring eingesetzt ist, ist gleichfalls bei langer Einsatzdauer der Schaltvorrichtung ein Versagen durch Versprödung oder Undichtwerden des genannten Dichtringes nicht ausgeschlossen.
• Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine klein aufbauende Schaltvorrichtung zu schaffen, die insbesondere für den Einsatz in der Fahrzeugtechnik geeignet ist und die dennoch auch bei hoher Feuchte einen funktionssicheren Betrieb auch über eine längere Einsatzdauer hinweg erlaubt.
• Diese Aufgabe löst eine Schaltvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 in seiner Gesamtheit.
• Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 mindestens eines der Dichtmittel aus einem Dichtsteg gebildet ist, daß der Dichtsteg aus einem schmelzbaren Material besteht, daß beim Aufbringen der Kunststoffmasse diese eine Temperatur aufweist, daß der jeweilige Dichtsteg mit der Kunststoffmasse fluiddicht verschmilzt, daß der Dichtsteg auf der dem Gehäuse zugewandten Unterseite einer Steckerplatte des Anschlußsteckers angeordnet ist und daß der Dichtsteg zumindest die Eingriffsteile des Anschlußsteckers, die mit dem Gehäuse in Verbindung stehen, im geschmolzenen Verbindungszustand mit der Kunststoffmasse gegenüber der Umgebung fluiddicht abschließt, kann auf den Einsatz der üblichen, einem Versagen unterliegenden Gummidichtringe (O-Ringe) im Bereich des Anschlußsteckers vollständig verzichtet werden. Durch das thermische Verschmelzen des Dichtsteges mit der Kunststoffvergußmasse findet ein homogenes Verschmelzen von einander zugewandten Materialpartien statt, die unter beliebigen Einsatzbedingungen auch bei sehr hoher Feuchte oder Kondensateintrag eine sichere Abdichtung der Funktionsteile gegenüber der Umgebung gewährleisten und mithin einen sicheren Betrieb der Schaltvorrichtung auch über eine sehr lange Einsatzdauer hinweg. Da im übrigen der eingesetzte Dichtsteg konstruktiv ausgesprochen klein aufbaut, nehmen die hergestellten Dichtstrecken selbst wiederum keinen oder nur einen geringfügigen Bauraum ein, so daß sich insgesamt die Schaltvorrichtung oder der Schaltmagnet konstruktiv klein aufbauend auslegen läßt. Da die Schaltvorrichtung ohnehin mit der Kunststoffvergußmasse umspritzt wird, läßt sich das Abdichten der Vorrichtung mit dem eigentlichen Umspritzen oder Umgießen mit der Kunststoffmasse in einem Arbeitsgang erledigen, was die Herstellung deutlich vereinfacht und die Herstellkosten senkt. Auf das bisherige aufwendige zusätzliche Einlegen von Dichtringen und deren genaue Positionierung innerhalb der Schaltvorrichtung im Bereich des Anschlußsteckers kann daher verzichtet werden.
• Der Dichtsteg ist auf der dem Gehäuse zugewandten Unterseite einer Stekkerplatte des Anschlußsteckers angeordnet, wobei der Dichtsteg zumindest die Eingriffsteile des Anschlußsteckers, die mit dem Gehäuse in Verbindung stehen, im geschmolzenen Verbindunggzustand mit der Kunststoffmasse gegenüber der Umgebung fluiddicht abschließt. Vorzugsweise ist der Dichtring dabei einstückiger Bestandteil der Steckerplatte. Damit ist eine sichere einfache Abdichtmöglichkeit gegeben, ohne daß man, wie im Stand der Technik nach der DE 43 41 087 C2 beschrieben, erst genaue Anpaßschritte für ein axiales Verpressen der bekannten Gummidichtringe an der Unterseite der Steckerplatte vornehmen müßte.
• Dadurch, daß zwischen dem Dichtsteg und dem Gehäuse oder zwischen dem Gehäuse und dem Anschlußstecker derart ein freier Raum oder Spalt besteht, daß beim Umspritzen mittels der heißen Kunststoffmasse diese ungehindert zu dem Dichtsteg gelangt und diesen allseitig bis zu seinem Abschmelzen umfließt, ist auch für die Kunststoffmasse selbst ein verbessertes Strömungsverhalten beim Ummanteln der Schaltvorrichtung bzw. ihrer wesentlichen Teile erreicht, was wiederum fertigungstechnisch günstig ist. Auf den Einsatz von zusätzlichen Dichtmitteln in Form von Gummidichtringen od.dgl. kann durch die Verwendung des als Abschmelzsteg ausgebildeten Dichtsteges in Verbindung mit dem Verschmelzungsprozess mit der heißen Kunststoffmasse jedenfalls verzichtet Werden.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.
• Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung wird nun im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die

Fig.1

einen Längsschnitt durch die Schaltvorrichtung ohne Polrohr und ohne Schaltteil mit deutlich vergrößert dargestelltem Abschmelzsteg;

Fig.2

eine Unteransicht auf ein Steckerteil des Anschlußsteckers ohne eingesetzte Steckerteile.

• Die Schaltvorrichtung weist einen Spulenkörper 10 aus Kunststoffmaterial auf. Der Spulenkörper 10 hat endseitig zwei ringförmige Stirnflansche 12, zwischen denen sich das Wicklungspaket 14 eines Leiters 16 erstreckt, welches in der Fig.1 nur schematisch wiedergegeben ist. In dem Spulenkörper 10 ist ein Schaltteil (nicht dargestellt) geführt, das von einem sog. Polrohr (nicht dargestellt) umgeben ist. Die dahingehende Anordnung ist bekannt, so daß an dieser Stelle hierauf nicht näher eingegangen wird. Mit dem Schaltteil lassen sich jedoch bei Betätigung der Schaltvorrichtung übliche Ventile ansteuern und damit deren Schaltstellung bestimmen.
• Der Spulenkörper 10 ist von einem im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Gehäuse 18 aus metallischem Werkstoff umgeben. Der Leiter 16 der Wicklung 14 steht mit Kontaktteilen 20 in Form dreier Steckerfahnen eines Anschlußsteckers 22 elektrisch leitend in Verbindung. Die Einzelheiten der dahingehenden Anschlußtechnik zwischen dem Leiter 16, der Wicklung 14 und den elektrisch leitenden Teilen des Anschlußsteckers 22 lassen sich insbesondere aus der Fig.2 der DE 43 41 087 C2 ersehen, so daß an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird.
• Zur elektrischen Isolierung der leitenden Materialpartien, insbesondere zwischen Teilen des Gehäuses 18, der Wicklung 14 und leitenden Teilen des Anschlußsteckes 22, dient eine Kunststoffmasse 24, insbesondere in Form einer Kunststoffvergußmasse. Diese ist in Spalte zwischen den genannten Teilen mit erhöhter Temperatur einspritzbar und härtet dort aus. Für das dahingehende Umspritzen der eigentlichen Schaltvorrichtung mit der Kunststoffmasse 24 dient eine Umgieß- oder Umspritzform (nicht näher dargestellt), in die die Teile der Schaltvorrichtung eingelegt werden können.
• Die Kontaktteile 20 in Form der drei Steckerfahnen lassen sich aus einer ebenen Platine ausschneiden oder ausstanzen und werden anschließend mit dem Kunststoffmaterial des Anschlußsteckers 22 in Form der Steckerplatte 26 umgossen. Die dahingehende Steckerplatte 26 ist gemäß der Darstellung nach der Fig.2 von unten her gesehen dargestellt, wobei der einfacheren Darstellung wegen die Steckerfahnen weggelassen wurden und nur die drei Ausnehmungen 28 in der Steckerplatte 26 zu sehen sind, durch die die Kontaktteile 20 in Form der Steckerfahnen hindurchgeführt werden. Die Steckerplatte 26 weist im wesentlichen mittig einen Steckeinsatz 30 auf, der in der Art einer Buchse ausgebildet ist. Mittels dieses Steckeinsatzes 30 läßt sich die Steckerplatte 26 unter Beibehalten eines Abstandes auf der Außenumfangsfläche 32 des Gehäuses 18 aufsetzen. Ferner weist der Steckeinsatz 30 ein Innengewinde 34 und zwei voneinander in axialer Richtung getrennte Schneideinsätze 36 auf, die jeweils mit einer Längsverzahnung versehen sind. Die dahingehenden Schneideinsätze 36 garantieren einen festen Halt des Steckeinsatzes 30 sowohl im Metallgehäuse 18 als auch in der Steckerplatte 26 mit ihrem Kunststoffmaterial.
• Das Innengewinde 34 ist dabei Teil einer Schraubverbindung, die die Stekkerplatte 26 zwecks Stromanschluß mit einem Gerätestecker (nicht dargestellt) mit diesem eingeht. Der Steckeinsatz 30 ist dabei mit dem als Masseanschluß 38 dienenden Kontaktteil 20 der Steckerplatte 26 verbunden und durchgreift insbesondere den angesprochenen Masseanschluß 38 in leitender Form. Zum Herstellen der Verbindung von Steckerplatte 26 mit dem Gehäuse 18 ist vorzugsweise der Steckeinsatz 30 bereits in die Steckerplatte 26 eingebracht und wird anschließend zusammen mit dieser gegen das Gehäuse 18 zumindest so lange verpreßt, bis ein sicherer Halt des unteren Teils des Schneideinsatzes 36. in dem Gehäuse 18 gewährleistet ist. Das Gehäuse 18, der Spulenkörper 10 sowie die Wicklung 14 sind im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildete Bauteile und die Kuhststoffvergußmasse 24 ist in der Fig.1 entsprechend schraffiert dargestellt und zeigt die ausgegossenen Räume und Spalte der Schaltvorrichtung. Die Kunststoffmasse 24 soll neben der elektrischen Isolierung im wesentlichen auch sicherstellen, daß Feuchtigkeit, beispielsweise in Form von Kondensat od, dgl., nicht in die Schaltvorrichtung eindringen kann, wobei jedoch nicht ausgeschlossen werden kann, daß aufgrund der Kapillarwirkung dennoch Feuchtigkeit in die Schaltvorrichtung gelangt, wobei die Kapillarwirkung insbesondere zwischen der Verbindungsfläche der Kunststoffmasse 24 und den sonstigen Teilen der Schaltvorrichtung, wie Gehäuse 18 oder den Teilen der Steckerplatte 26 entsteht. Um der dahingehenden Kapillarwirkung entgegenzutreten, sind zusätzliche Dichtmittel 40 vorgesehen, die das Innere 42 der Schaltvorrichtung gegenüber der Umgebung 44 (vgl. Fig.1) abdichten.
• Das jeweilige Dichtmittel 40 ist aus einem Dichtsteg 48 gebildet, wobei der Dichtsteg 48 aus einem schmelzbaren Material besteht und wobei beim Aufbringen der Kunststoffmasse 24 diese eine Temperatur aufweist, daß der jeweilige Dichtsteg 48 mit der Kunststoffmasse 24 fluiddicht verschmilzt. Um die Anordnung des Dichtsteges 48 zeigen zu können, ist dieser bildlich in der Fig.1 dargestellt, obwohl dort bereits die Kunststoffmasse 24 in die eigentliche Schaltvorrichtung eingebracht worden ist. Demgemäß bildet der Dichtsteg 48 vor dem Verschmelzen mit der eigentlichen Kunststoffmasse 24 einen geschlossenen Dichtring aus.
• Der Dichtsteg 48 ist auf der dem Gehäuse 18 zugewandten Unterseite 50 der Steckerplatte 26 des Anschlußsteckers 22 angeordnet. Dieser Dichtsteg 48 schließt zumindest die Eingriffsteile des Anschlußsteckers 22 in Form des buchsenartigen Steckereinsatzes 30, die mit dem Gehäuse 18 in Verbindung stehen, im geschmolzenen Verbindungszustand mit der Kunststoffmasse 24 gegenüber der Umgebung 44 fluiddicht ab. Wie insbesondere die Fig.2 zeigt, ist der Dichtsteg 48 einstückiger Bestandteil der Steckerplatte 26 und steht auf ihrer sonstigen Unterseite 50 um einen vorgebbaren Überstand hervor. Wie insbesondere die Fig.2 zeigt, bildet also der Dichtsteg 48 eine Art umlaufende Dichtkante aus, wobei der Dichtsteg 48 in sich geschlossen ist und zwischen seinen Dichtkanten die Bohrung 52 umfaßt, die später im zusammengebauten Zustand der Schaltvorrichtung den Steckeinsatz 30 aufnimmt. Ferner grenzt der Dichtsteg 48 den dahingehenden Steckeinsatz 30 von den beiden stromführenden Steckerfahnen als Kontaktteile 20 ab, wohingegen der Masseanschluß 38 innerhalb des Dichtsteges 48 liegt und dort die zugeordnete Ausnehmung 28 durchgreift. Auch insoweit ist über die umlaufende Dichtkante in Form des Dichtsteges 48 eine Abgrenzung von Masseanschluß 38 mit den sonstigen beiden stromführenden Kontaktteilen 20 erreicht. Der dahingehende Dichtsteg 48 ist als Abschmelzring oder Abschmelzsteg ausgebildet, der, sobald er in Kontakt mit der heißen Umspritzmasse kommt, schmilzt und eine einstückige Verbindung mit der Kunststoffmasse 24 eingeht. Der Dichtsteg 48 ist also vorzugsweise gleichfalls aus einem thermoplastischen Material ähnlich dem der Kunststoffmasse 24 gebildet und besteht vorzugsweise aus einem Polyamidwerkstoff.
• Wie in den Figuren dargestellt, kann der Dichtsteg 48 im Querschnitt rechteckförmig sein; es ist aber auch eine dreieckförmige Querschnittsform oder sonstige Querschnittsformen (nicht dargestellt) möglich, ohne daß dies die Dichtwirkung beeinträchtigt. Ferner kann der Dichtstege 48 sehr klein auf bauend gewählt sein, beispielsweise eine Breite von 0,2 bis 0,3 mm auf weisen, und eine Höhe von 0,3 bis 0,4 mm.
• Insbesondere sind die Materialien derart zu wählen, daß beispielsweise der Kunststoff des Spulenkörpers 10 eine geringere Schmelztemperatur hat als die Kunststoffmasse 24, so daß auf jeden Fall durch die Umspritzmasse ein Anschmelzen an dem Dichtsteg 48 gewährleistet ist. Vergleichbares gilt auch für die Wahl des Kunststoffes für den Anschlußstecker 22.

Claims (6)

1. Schaltvorrichtung, insbesondere zum Betätigen von Ventilen, mit einem Gehäuse (18) und einem darin angeordneten Spulenkörper (10), in dem ein Schaltteil geführt und der mit einer Wicklung (14) eines Leiters (16) versehen ist, der mit Kontaktteilen (20) eines Anschlußsteckers (22) in Verbindung steht, wobei zumindest Teile des Gehäuses (18) und des Anschlußsteckers (22) mit einer Kunststoffmasse (24) umgeben sind und wobei Dichtmittel (40) das Innere (42) der Schaltvorrichtung gegenüber der Umgebung (44) abdichten, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Dichtmittel (40) aus einem Dichtsteg (48) gebildet ist, daß der Dichtsteg (48) aus einem schmelzbaren Material besteht, daß der Dichtsteg (48) auf der dem Gehäuse (18) zugewandten Unterseite (50) einer Steckerplatte (26) des Anschlußsteckers (22) angeordnet ist und daß der Dichtsteg (48) zumindest die Eingriffsteile des Anschlußsteckers (22), die mit dem Gehäuse (18) in Verbindung stehen, im geschmolzenen Verbindungszustand-mit der Kunststoffmasse (24) gegenüber der Umgebung (44) fluiddicht abschließt.
2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtsteg (48) vor dem Verschmelzen mit der Kunststoffmasse (24) einen geschlossenen Ring ausbildet.
3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtsteg (48) einstückiger Bestandteil der Steckerplatte (26) ist.
4. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtsteg (48) aus thermoplastischem Material gebildet ist.
5. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtsteg (48) im Querschnitt rechteckförmig öder dreieckförmig ausgebildet ist.
6. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffmasse (24) durch Umspritzen auftragbar ist und insbesondere aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, beispielsweise aus einem Polyamidwerkstoff, besteht.

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