WO1992022104A1

WO1992022104A1 - Steckverbindung für elektrisch leitende kabel

Info

Publication number: WO1992022104A1
Application number: PCT/EP1992/001096
Authority: WO
Inventors: Reimar Heucher; Jürgen WICHELHAUS; Kurt SCHÜLLER; Bettina Becker
Original assignee: Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien
Priority date: 1991-05-28
Filing date: 1992-05-19
Publication date: 1992-12-10
Also published as: DE4117395A1; EP0586450B1; EP0586450A1; ES2080503T3; JPH06507751A; KR100271506B1; CA2110294A1; US5510405A; DE59204516D1

Abstract

Es wird eine Steckverbindung für elektrisch leitende Kabel beschrieben, insbesondere für Koaxial-Kabel. Sie ist durch die Verwendung eines Schmelzklebstoffs mit einer Schmelzviskosität von mehr als 8 000 mPa.s bei 200 °C charakterisiert. Dieser dient gleichzeitig zum Verbinden, Dichten, Füllen und Isolieren. Seine Hauptbestandteile sind ein Polyamid auf der Basis von dimerisierter Fettsäure, aliphatischen Aminen und modifizierenden Zusätzen sowie ein Copolyethylen und Hilfsstoffe. Es werden Stecker erhalten, die hohen elektrischen, thermischen und sonstigen Ansprüchen genügen.

Description

"Steckverbindung für elektrisch leitende Kabel"

Die Erfindung betrifft eine Steckverbindung für elektrisch leitende Kabel sowie deren Herstellung.

Derartige Steckverbindungen sind bekannt. So wird in der tech¬ nischen Informationsschrift "Macromelt^R Hotmelt" der Firma Henkel KGaA, veröffentlicht im März 1990, eine wasserdichte Steckverbin¬ dung mit Macromelt^R-Schmelzklebstoffen beschrieben. Sie genügt im besonderen Maße den hohen Anforderungen der Automobilindustrie: Anders als in klimatisierten Räumen herrschen im Auto und hier insbesondere im Motorraum für elektronische Bauteile extreme Be¬ dingungen. Hitze, Frost, Staub, Öl und insbesondere Spritzwasser sind die Faktoren, die auf die elektronischen Bauteile und deren Verbindungselemente einwirken. Um ein störungsfreies Arbeiten der Autoelektronik zu gewährleisten, ist ein optimaler Schutz der be¬ treffenden Teile unerläßlich. Besonders das Eindringen von Feuch¬ tigkeit in die betreffenden Steckverbindungen und Kabelbäume wurde durch die Verwendung von Macromelt^R gelöst. Damit wurde nicht nur eine 100%ige Abdichtung gegen Feuchtigkeit erhalten, sondern auch eine hohe Wärmestandfestigkeit von mehr als 90 bis mehr als 150 °C, je nach Materialtyp, ein exzellentes Tieftemperaturverhalten von mehr als -30 °C und schließlich eine sehr gute Haftung auf unter¬ schiedlichen Steckergehäusen. Es wird die Herstellung eines wasserfesten Steckers aus dem Schmelzklebstoff Macromelt^R, einem Kabel mit Kontaktstiften und einer Steckerhülse mit Hilfe eines Holtmelt-Gerätes und eines Volumen-Dosierkopfes mit exakter Volumen-Dosierung durch Eingießen des Schmelzklebstoffs be¬ schrieben. Die genannten Schmelzklebstoffe haben eine Viskosität von 2500 bis 3200 mPa-s bei 210 °C.

Die Erfindung möchte Steckverbindungen für elektrisch leitende Ka¬ bel zur Verfügung stellen, die einfach herzustellen sind und den¬ noch sicher funktionieren trotz negativer Bedingungen wie Staub, Feuchtigkeit, Vibration und starke Temperaturunterschiede beim Ge¬ brauch und extreme Temperaturbeanspruchung bei der Weiterverarbeitung.

Die Lösung ist den Patentansprüchen zu entnehmen. Sie beruht im wesentlichen darauf, daß die Steckverbindung einen Schmelzklebstoff mit einer Viskosität von mehr als 8000 mPa*s bei 200 °C enthält. Vorzugsweise beträgt die Schmelzviskosität 12000 bis 60 000 mPa-s bei 200 °C, wenn sie unter Verwendung eines Brookfield-Thermocel- Viskosimeters vom Typ RVT mit der Spindel 27 gemessen wird. Die besten Ergebnisse werden mit einer Viskosität von 20000 bis 35000 mPa^«s erhalten. Mit zunehmender Schmelzviskosität, vor allem ober¬ halb von 80000, wird der Hohlraum nicht mehr reproduzierbar aus¬ gefüllt und die Druckdichtigkeit ist nicht mehr gewährleistet.

Unter Kabel wird eine gut isolierte und mit Schutzhüllen versehene elektrische Leitung verstanden. Zu seiner Verlängerung und seinem Anschluß an Geräte dienen Steckverbindungen, nämlich Stecker und Steckerhülsen oder Kupplungen. Der Stecker ist der mit Kontakt¬ stiften versehene Teil der Steckverbindung und die Steckerhülse oder Kupplung der mit den Kontakthülsen versehene Teil. Die Ver¬ bindung wird hergestellt, indem der Kontaktstift in die Kontakt¬ hülse geschoben wird.

Die Erfindung eignet sich besonders dazu, Steckverbindungen für Koaxial-Kabel herzustellen, insbesondere für Breitbandkabelmuffen. Das Koaxial-Kabel besteht aus einem Innenleiter, z.B. aus Kupfer oder Aluminium, der durch Scheiben, Wände oder ein Isoliermaterial mit geringem dielektrischem Verlust wie z.B. Polystyrol oder Kera¬ mik genau zentrisch im Außenleiter, z.B. aus Kupfer, Aluminium, Messing usw. gehalten wird. Das Durchmesser-Verhältnis von Innen- : Außenleiter bestimmt maßgeblich den Wellenwiderstand, eine wichtige Kenngröße des Koaxial-Kabels. Die Verhältnisse innerhalb des Kabels sollten auch bei ihrer Verbindung erhalten bleiben, insbesondere die zentrische Anordnung. Dazu eignet sich die erfindungsgemäße Verwendung des Schmelzklebstoffs besonders, indem er den Raum zwi¬ schen dem Innenleiter und Außenleiter bzw. zwischen der Außenhülse und den Kontaktstiften bzw. Kontakthülsen vollständig ausfüllt. Gewünschtenfalls kann der Wellenwiderstand durch Formgebung oder Hohlräume des Schmelzklebstoffs definiert beeinflußt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 1 darge¬ stellt. Das Kabel (1) besteht aus einer Schutzhülle (2), einem Au¬ ßenleiter (3), einem Isolator (4) und einem Innenleiter (5). Die erfindungsgemäße Steckerhülse bzw. Kupplung enthält zur Verbindng mit dem Stecker eine Kontakthülse (6), die von dem Schmelzklebstoff (7) von der Außenhülse (8) isoliert und zentriert gehalten wird.

Der Schmelzklebstoff für die erfindungsgemäße Steckverbindung hat nicht nur die typische Aufgabe eines Schmelzklebstoffs, nämlich nach dem Abkühlen aus der Schmelze zwei Fügeteile fest miteinander zu verbinden. Im vorliegenden Fall hat er auch die Aufgabe zu dichten, zu füllen und zu isolieren. So soll im vorliegenden Fall nicht nur das Kabel (1) mit der Steckverbindung festzusammengehal¬ ten werden, sondern darüber hinaus auch der Zugang von insbesondere Feuchtigkeit und Staub zwischen Kabel (1) und Außenhülse (8) sowie zwischen Kontakthülse (6) und dem isolierenden Schmelzkleber (7) verhindert werden und der Raum zwischen der Kontakthülse (6) bzw. dem -stift und der Außenhülse (8) formstabil und dennoch flexibel ausgefüllt werden. Bei der Auswahl des Schmelzklebstoffs ist zu beachten, daß er ein Isolator sein soll. Dementsprechend sind die

Beiträge der einzelnen Mischungskomponenten zu der relativen Di¬ elektrizitätskonstante und zu den dieelektrischen Verlusten zu be¬ rücksichtigen, so daß insgesamt die gewünschten Werte erhalten werden. Für den Einsatz als Breitbandkabelmuffe sollte die Dämpfung mindestens 25 dB betragen.

Als Schmelzklebstoff eignet sich der in der DE-A-3504804 be¬ schriebene Klebstoff. Bevorzugt wird also ein Schmelzklebstoff aus einem Gemisch aus A) 5 bis 95 Gew.-% Polyamid auf Basis von dimerisierten Fettsäuren, aliphatischen Aminen und modifizierenden Zusätzen einerseits sowie B) 95 bis 5 Gew.-% Copolymeren aus Ethylen und mindestens einem der folgenden Copolymeren: inneres Anhydrid einer ethylenisch ungesättigten Dicarbonsäure, Propylen, (Meth)-acrylsäureestern und/oder Vinylestern mit bis zu 4 C-Atomen in der Alkoholkomponente. Außerdem enthält der Schmelzklebstoff noch 20 bis 60 Gew.-% - bezogen auf das Gesamtgewicht des Schmelz¬ klebstoffs - an weiteren Hilfsstoffen.

Davon werden für die erfindungsgemäße Steckverbindung folgende Klebstoffe bevorzugt:

A) 10 bis 60 Gew.-% säureterminiertes PA,

B) 40 bis 90 Gew.-% eines Copolyethylens mit Vinylacetat, Methylacrylat oder Butylacrylat als Co onomeren. D^s Komponenten A) und B) ergänzen sich jeweils zu 100 %. Außerdem enthält der Schmelzklebstoff noch vorzugsweise 25 bis 50 Gew.-% an Hilfsstoffen, bezogen auf das Gesamtgewicht.

Der Inhalt der DE-A-3504804 wird ausdrücklich zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht. Das gilt insbesondere für die Aus¬ gangsstoffe und die Herstellung der Schmelzklebstoffe.

Die erfindungsgemäßen Steckverbindungen können im wesentlichen folgendermaßen hergestellt werden: Das abisolierte Kabel (s. zum Beispiel Fig. 1) ) wird mit der Kontakthülse (6) bzw. dem Kontakt¬ stift verbunden (z.B. durch Löten oder Quetschen) und in die Au¬ ßenhülse (8) geschoben. Beides wird auf ein Gegenstück gesteckt, also auf eine Stecker-Form, wenn eine Hülse hergestellt werden soll. Der entstehende Hohlraum wird mit der Schmelze des Schmelz¬ klebstoffs unter Druck vollständig oder definiert teilweise ausge¬ füllt. Sie kann z.B. durch eine Ringdüse oder eine Injektionsdüse an den Hohlraum gespritzt werden (Spritzguß). Es ist vorteilhaft, wenn sich die Düse anfangs möglichst weit in der Außenhülse befin¬ det und mit zunehmender Füllung nach außen gedrückt wird.

Die erfindungsgemäße Steckverbindung genügt sogar den hohen Anfor¬ derungen der Breitbandkabel-Industrie. Insbesondere ist es möglich, einen Schrumpfschlauch oder einen Schrumpfartikel über die Steck¬ verbindung und das Kabel zu ziehen, und ihn horizontal durch Er¬ wärmung auf mehr als 150 °C schrumpfen zu lassen. Die Steckverbin¬ dungen sind bis zu einem Überdruck von mindestens 0,3 at dicht. Die Steckerhülsen und Steckerstifte befinden sich sowohl bei der Her¬ stellung als auch bei normaler Benutzung auch ohne zusätzliche Fixier-Hilfsmittel genau an der gewünschten Stelle, selbst bei großen Steckverbindungen. Wenn allerdings so wenig Schmelzklebstoff verwendet wird, daß die Steckerhülse bzw. die -stifte weit herausstehen, dann kann eine zusätzliche Fixierscheibe an ihrem Anfang nützlich sein. Trotz der hohen Viskosität gibt es keine schädlichen Hohlräume.

Die Erfindung wird anhand folgenden Beispiels im einzelnen erläu¬ tert:

A Herstellung eines Steckers

Das insgesamt 15 m dicke Koaxial-Kabel hatte eine 1 mm dicke Schutzhülle aus Polyethylen, einen Außenleiter aus Kupfer, einen 3,5 mm dicken Isolator aus Polyethylen und einen 2 mm dicken In¬ nenleiter aus Kupfer. Es wurde - wie in Fig. 1 dargestellt - ab¬ isoliert. Auf den Innenleiter wurde eine versilberte Kontakthülse aufgesteckt. Über das Kabelende wurde eine Außenhülse aus Messing geschraubt. Sie hatte eine Länge von 83 mm und eine Dicke von 0,8 m. Ihr innerer Durchmesser betrug 20 mm.

Zum Vergießen wurde der Schmelzklebstoff Macromelt^R TPX 20-239 verwendet. Er wird von der Firma Henkel KGaA, Düsseldorf, ver¬ trieben. Seine Hauptkomponenten sind: 25 Gew.-% PA, 32 Gew.- EVA und 43 Gew.-% Hilfsstoffe. Er hat eine Schmelzviskosität von 21 000 mPa-s bei 210 °C, von 26000 bei 200, von 38000 bei 190 und von 125000 bei 160. Die Wärmestandfestigkeit betrug 70 °C.

Zur Bestimmung der Wärmestandfestigkeit werden in Anlehnung an die Henkel-Prüfmethode WPS 68 (s. Adhäsion (1969) Heft 1) zwei 25,0 mm breite Streifen aus flexiblem Karton überlappend (25,0 mm Überlap¬ pungslänge) verklebt. Die Verklebung wird mit 13,5 N (0,02

belastet und in einem Umlufttrockenschrank einem Temperaturanstieg von 5 °/10 min ausgesetzt. Als Wärmestandfestigkeit wird die Tem¬ peratur bezeichnet, bei der sich die Verklebung noch nicht löst.

Der Hohlraum wurde mit dem oben beschriebenen Schmelzklebstoff auf folgende Weise vergossen: Geräte: Meltex-Auftragsgerät, Typ MX 4012, Dosierung mit Hilfe eines Zeitsteuerungsgerätes vom Typ ES 66,

Zahnradpumpe mit einer Umdrehung von: 60 U/min,

Düsendurchmesser: 1,0 mm,

Temperatur: Vorschmelzbereich 190 °C,

Hauptschmelzbereich 210 °C,

Schläuche 220 °C,

Köpfe 240 °C.

Druck am Auftragskopf bei geschlossenem Rücklaufventil: 60 bar, Druckabfall während des Vergießens: 10 bis 15 bar. Vergußmenge an Polyamid: 1,5 g, Vorwärmung der Messinghülse auf 140 bis 150 °C.

B Eigenschaften der Steckerhülse

Die Steckerhülse ist druckdicht bis mindestens 0,3 atü. Bei der Weiterverarbeitung ist eine Schrumpfung bis mindestens 150 °C mög¬ lich, auch in horizontaler Lage. Die Dämpfung lag bei 35 dB.

Es ist überraschend, daß trotz der hohen Schmelzviskosität eine ausreichende Dichtigkeit erhalten wurde und daß trotz der niedrigen Wärmestandfestigkeit von weniger als 85 °C (im vorliegenden Fall 70 °C) eine Erwärmung der Schrumpfteile auf 150 °C und mehr in ho¬ rizontaler Lager möglich war.

Claims

Patentansprüche

1) Steckverbindung für elektrisch leitende Kabel, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß sie einen Schmelzklebstoff mit einer Schmelzvis¬ kosität von mehr als 8000 mPa^«s bei 200 °C enthält.

2) Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Schmelzklebstoff mit einer Schmelzviskosität von 12000 bis 60000 mPa-s bei 200 °C enthält.

3) Steckverbindung nach Anspruch 1 für elektrisch leitende Koaxi¬ al-Kabel.

4) Steckverbindung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schmelzklebstoff aus einem Gemisch eines Polyamids auf der Ba¬ sis von dimerisierter Fettsäure, aliphatischen Aminen und mo¬ difizierenden Zusätzen einerseits sowie eines Copolymeren aus

Ethylen und mindestens einem der folgenden Comonomeren: inneres Anhydrid einer ethylenisch ungesättigten Dicarbonsäure, Propy- len, Methacrylsäureestern und/oder Vinylestern andererseits, wobei dem Gemisch 20 bis 60 Gew.-% - bezogen auf die Gesamtmi¬ schung - an weiteren Hilfsstoffen zugesetzt ist.

5) Steckverbindung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzklebstoff definierte Hohlräume enthält.

6) Verfahren zur Herstellung der Steckverbindung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 durch Verguß des Schmelzkleb¬ stoffes. 7) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man a) den Innenleiter (5) des abisolierten Kabels (1) mit einer Kontakthülse (6) oder einem Kontaktstift verbindet, b) die Außenhülse (8) über das Kabelende schiebt, c) eine Ringdüse mit einer Führung für die Kontakthülse (6) oder den Kontaktstift in die Außenhülse (8) einschiebt, d) in den so entstehenden Hohlraum Schmelze eines Schmelzklebstoffs (7) drückt; e) die Ringdüse wieder entfernt und f) die Steckverbindung abkühlt.