WO2008017350A1 - Elektrischer steckverbinder - Google Patents

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Kurt Standke
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Rema Lipprandt Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to an improved, overmolded electrical connector.
  • Known overmolded connectors are generally manufactured as follows.
  • At least one contact between a conductive contact element of the connector and the conductor of a cable is made.
  • This contact is made for example by soldering, spot welding or pressing.
  • the contact thus prepared is then placed in an injection mold and molded with plastic material to form the connector housing, with a possible positive connection of the connector housing with the insulating material of the cable surrounding the conductor is sought. It is desirable that the materials of the cable insulation and the connector housing close tightly or even adhere to each other. The latter increases the mechanical strength and prevents the formation of gaps between the connector housing and cable insulation. The latter is especially important as even small cracks and crevices due to the capillary effect allow the penetration of moisture, which can lead to short circuits, leakage currents and corrosion. Depending on the electrical power transmitted by the cable, this is also of concern for safety considerations.
  • the arrangement according to the invention comprises a cable provided with an insulation and at least one conductor.
  • the conductor consists for example of one or more copper strands.
  • the arrangement comprises a connector with at least one contact element. Head and contact element are conductively connected to each other, for example, by soldering, pressing or spot welding.
  • a connector housing which is formed for example by forming.
  • the connector housing generally encloses the contact between the contact element and conductor, and only facing away from the cable portions of the contact element are for contacting with another complementary to the connector element, in a connector such as a socket, free.
  • the connector housing may be configured to facilitate gripping.
  • the arrangement is characterized in that between the connector housing and insulation and in each case adjacent to an elastic spout is arranged. It has surprisingly been found that a special seal between the connector housing and insulation is achieved by a separate, elastic spout. Gaps are avoided, so that moisture can not get into the connector or the contact area between the conductor and contact element due to capillary action and also creepage currents, short circuits or corrosion can be avoided. Furthermore, as a gas-tight seal between the insulation and the connector housing is achieved, which is from safety aspects of great advantage.
  • the material of the spout is chosen such that it acts as a bonding agent between the material of the connector housing and the material of the insulation, for example due to physical or chemical interaction.
  • the spout acts as a thermal shield for the material of the insulation, for example because it has a higher melting point than the material of the insulation. This is particularly advantageous if the deformation process for the connector housing takes place at temperatures which are in the range of the melting temperature of the insulation. As a result, the connector housing can be produced, for example, in a comparatively inexpensive injection molding process.
  • the material of the spout is adapted to the materials of the insulation and the connector housing such that it comes at the respective interface to a chemical bond, such as networking.
  • the material of the spout in a preferred embodiment, has a modulus of elasticity between the modulus of elasticity of the material of the insulation and the modulus of elasticity of the material of the connector housing. Tests have shown that the insertion of the elastic grommet between the hard connector housing and the even softer insulation a particularly good and column-avoiding seal between the connector housing and the insulation is achieved.
  • the material of the spout is a thermoplastic elastomer, preferably a crosslinked thermoplastic elastomer.
  • the material of the insulation is a chloroprene rubber, for example H01 N2-D, or polyvinyl chloride, for example H07V-K. It is preferably a chloroprene rubber. Cables with such insulation are diverse and inexpensive available, so that the arrangement can be made relatively inexpensive.
  • the material of the connector housing is further a polypropylene copolymer.
  • This material is particularly suitable for the comparatively inexpensive injection molding process.
  • This choice of materials on the one hand a particularly durable and liquid and gas-tight connection between the insulation and the connector housing is achieved because, inter alia, due to a chemical bond between the materials, a nearly positive transition is achieved at the interfaces.
  • the spout of thermoplastic elastomer proves to be an effective thermal shield for the insulation in order to produce the connector housing by injection molding without destroying the insulation can.
  • the isolation of chloroprene rubber is heat resistant only up to a temperature of about 150 0 C.
  • the temperature of the spray material is between 200 0 C - 300 0 C.
  • the shield of the existing thermoplastic elastomer spout has been found to be sufficient, so that the connector housing can be formed with these relatively inexpensive manufacturing process, whereby the entire arrangement is inexpensive to manufacture.
  • the invention further relates to a method for producing the abovementioned arrangement in which, in a first step, an end piece of an insulated cable is surrounded by an elastic grommet, in a second step at least one conductor of the insulated cable having at least one contact element of a connector, possibly after one upstream stripping step of a cable Is cut, conductively connected, for example by pressing, in a third step, a connector housing by forming, for example by injection molding, is formed such that it partially surrounds each of the contact element and the insulation of the cable with the nozzle attached thereto, wherein the spout between the connector housing and insulation, is disposed adjacent to each of these.
  • Fig. 1 is a sectional view of an arrangement as known from the prior art
  • Fig. 2 is a sectional view of an inventive arrangement.
  • Fig. 1 shows a known from the prior art arrangement of a provided with an insulation 1 and at least one copper conductor 2 cables 1, 2 and a plug 3, 4, 5 with at least one contact element 5, wherein the insulation 1 and the contact element 5 is in each case partially a connector housing 3 formed by an injection molding process.
  • the conductor 2 and the contact element 5 are conductively connected by pressing in the region of the contact 4.
  • the connector housing 3 encloses parts of the insulation 1, the contact 4 and parts of the contact element envelope-shaped.
  • the material of insulation 1 is crosslinked thermoplastic elastomer. As already explained at the beginning, a cable with such insulating material is comparatively expensive.
  • Fig. 2 shows an inventive arrangement of a provided with an insulation 1 and at least one copper conductor 2 cables 1, 2 and a plug 3, 4, 5 with at least one contact element 5, wherein the insulation 1 and the contact element 5 each partially a connector housing 3 is formed by an injection molding process.
  • the conductor 2 and the contact element 5 are by pressing in the area the contact 4 conductively connected.
  • a spout 6 is disposed of thermoplastic material between the insulation 1 of the cable 1, 2 and the connector housing 3, which is adjacent to the outside of the connector housing 3 and inwardly to the insulation 1.
  • the arrangement differs from the arrangement shown in Figure 1 in that the material of the insulation 1 is chloroprene rubber. As already explained, such cables are available inexpensively.
  • the spout 6 provides on the one hand due to their modulus of elasticity and chemical bonding with the adjacent materials of the plug housing 3 and the insulation 1 for a liquid and gas-tight connection between the insulation 3 and the connector housing 2.
  • the spout 6 shields the insulation 1 in the injection molding manufacturing process of Plug housing 3 thermally, so that damage to the insulation 1 can be avoided by melting.
  • plug-in sockets can be formed in the same manner.

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Abstract

Anordnung aus einem mit einer Isolierung (1) und wenigstens einem Leiter (2) versehenen Kabel (1, 2) und einem Stecker mit wenigstens einem Kontaktelement (5), wobei um die Isolierung (1) und das Kontaktelement (5) jeweils teilweise ein Steckverbindergehäuse (3), beispielsweise durch Umformung, ausgebildet ist. Die Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen Steckverbindergehäuse (3) und Isolierung (1) eine elastische Tülle (6) an diese jeweils angrenzend angeordnet ist.

Description

Elektrischer Steckverbinder
Die Erfindung betrifft einen verbesserten, umspritzten elektrischen Steckverbinder. Bekannte umspritzte Steckverbinder werden im Allgemeinen wie folgt hergestellt.
Zunächst wird wenigstens ein Kontakt zwischen einem leitenden Kontaktelement des Steckverbinders und dem Leiter eines Kabels hergestellt. Diese Kontaktherstellung erfolgt beispielsweise durch Verlöten, Punktverschweißen oder Verpressen.
Die so hergestellte Kontaktierung wird dann in eine Spritzgussform eingelegt und mit Kunststoffmaterial umspritzt, um das Steckverbindergehäuse zu bilden, wobei eine möglichst formschlüssige Verbindung des Steckverbindergehäuses mit dem Isoliermaterial des Kabels, welches dessen Leiter umgibt, angestrebt wird. Dabei ist es wünschenswert, dass die Materialien der Kabelisolierung und des Steckverbindergehäuses dicht abschließen oder sogar aneinander haften. Letzteres erhöht die mechanische Festigkeit und verhindert die Ausbildung von Spalten zwischen Steckverbindergehäuse und Kabelisolierung. Letzteres ist besonders wichtig, da auch kleine Risse und Spalten aufgrund der Kapillarwirkung das Eindringen von Feuchtigkeit er- mögichen, wodurch es zu Kurzschlüssen, Kriechströmen und Korrosion kommen kann. In Abhängigkeit der elektrischen Leistung, die vom Kabel übertragen wird, ist dies ferner aus sicherheitstechnischen Überlegungen bedenklich.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, das Material der Isolierung des Kabels auf die des Steckverbindergehäuses abzustimmen, so dass es zu einer chemischen Verbindung kommt, weil beispielsweise die Komponenten des Steckverbindergehäu- sematerials sich auch im Material der Kabelisolierung wieder finden. Als ideale Kombination hat sich die Wahl von Polypropylen-Copolymer für das Steckverbindergehäuse und vernetztes thermoplastisches Elastomer für die Kabelisolierung erwiesen. Nachteilig dabei ist, dass die Leitungen nur in geringem Umfang hergestellt werden und daher und aufgrund der Materialwahl vergleichsweise teuer sind.
Vor dem Hintergrund der zuvor beschriebenen Nachteile des Standes der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung aus einem mit einer Isolierung und wenigstens einem Leiter versehenen Kabel und einem Steckverbinder mit wenigstens einem Kontaktelement, wobei um die Isolierung und das Kontaktelement jeweils teilweise ein Steckverbindergehäuse ausgebildet ist, bereitzustellen, bei der ein dichter Übergang zwischen Isolierung und Steckverbindergehäuse hergestellt wird, die zudem stabil und haltbar ist und andererseits die Anordnung preiswert hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Anordnung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst ein mit einer Isolierung und wenigstens einem Leiter versehenes Kabel. Der Leiter besteht beispielsweise aus einer oder mehrerer Kupferlitzen. Ferner umfasst die Anordnung einen Steckverbinder mit wenigstens einem Kontaktelement. Leiter und Kontaktelement sind beispielsweise durch Löten, Verpressen oder Punktverschweißen leitend miteinander verbunden.
Um die Isolierung und das Kontaktelement ist jeweils teilweise ein Steckverbindergehäuse angeordnet, das beispielsweise durch Umformung ausgebildet ist. Das Steckverbindergehäuse umschließt im Allgemeinen die Kontaktierung zwischen Kontaktelement und Leiter, und lediglich vom Kabel weg gewandte Bereiche des Kontaktelements liegen zur Kontaktierung mit einem weiteren, zum Steckverbinder komplementären Element, bei einem Stecker beispielsweise einer Buchse, frei. Das Steckverbindergehäuse kann so ausgestaltet sein, dass das Ergreifen erleichtert wird.
Die Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen Steckverbindergehäuse und Isolierung und jeweils an diese angrenzend eine elastische Tülle angeordnet ist. Es wurde überraschend festgestellt, dass durch eine separate, elastische Tülle eine besondere Abdichtung zwischen Steckverbindergehäuse und Isolierung erreicht wird. Spalte werden vermieden, so dass Feuchtigkeit nicht aufgrund von Kapillarwirkungen in den Steckverbinder oder den Kontaktierungsbereich zwischen Leiter und Kontaktelement gelangen kann und ferner Kriechströme, Kurzschlüsse oder Korrosion vermieden werden. Ferner wird so auch ein gasdichter Abschluss zwischen der Isolierung und dem Steckverbindergehäuse erreicht, was aus sicherheitstechnischen Aspekten von großem Vorteil ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Material der Tülle derart gewählt, dass es als Haftvermittler zwischen dem Material des Steckverbindergehäuses und dem Material der Isolierung, beispielsweise aufgrund von physikalischer oder chemischer Wechselwirkung, wirkt. Dadurch wird eine besonders dichte und/oder mechanisch belastbare Verbindung zwischen der Isolierung des Kabels und dem Steckverbindergehäuse erreicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wirkt die Tülle als thermische Abschirmung für das Material der Isolierung, weil es beispielsweise einen höheren Schmelzpunkt als das Material der Isolierung aufweist. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn der Umformungsvorgang für das Steckverbindergehäuse bei Temperaturen erfolgt, die im Bereich der Schmelztemperatur der Isolierung liegen. Dadurch kann das Steckverbindergehäuse beispielsweise im vergleichsweise preiswerten Spritzgussverfahren hergestellt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Material der Tülle auf die Materialien der Isolierung und des Steckverbindergehäuses derart abgestimmt, dass es an der jeweiligen Grenzfläche zu einer chemischen Bindung, beispielsweise Vernetzung, kommt. Dadurch wird eine besonders haltbare und Spalte und Risse vermeidende Verbindung erreicht.
Das Material der Tülle weist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Elastizitätsmodul zwischen dem Elastizitätsmodul des Materials der Isolierung und dem Elastizitätsmodul des Materials des Steckverbindergehäuses auf. Versuche haben gezeigt, dass die Einbringung der elastischen Tülle zwischen das harte Steckverbinderge- häuse und die noch weichere Isolierung eine besonders gute und Spalte vermeidende Abdichtung zwischen dem Steckverbindergehäuse und der Isolierung erreicht wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Material der Tülle ein thermoplastisches Elastomer, bevorzugt ein vernetztes thermoplastisches Elastomer. Ferner ist das Material der Isolierung ein Chloropren-Kautschuk, beispielsweise H01 N2-D, oder Polyvinylchlorid, beispielsweise H07V-K. Bevorzugt handelt es sich um einen Chloropren-Kautschuk. Kabel mit einer derartigen Isolierung sind vielfältig und preiswert erhältlich, so dass die Anordnung vergleichsweise preiswert hergestellt werden kann.
Das Material des Steckverbindergehäuses ist ferner ein Polypropylen-Copolymer. Dieses Material eignet sich besonders für das vergleichsweise preiswerte Spritzgussverfahren. Durch diese Wahl der Materialien wird einerseits eine besonders haltbare und flüssigkeits- und gasdichte Verbindung zwischen der Isolierung und dem Steckverbindergehäuse erreicht, da unter anderem aufgrund einer chemischen Bindung zwischen den Materialien ein nahezu formschlüssiger Übergang an den Grenzflächen erreicht wird. Dazu erweist sich die Tülle aus thermoplastischem Elastomer als effektive thermische Abschirmung für die Isolierung, um das Steckverbindergehäuse im Spritzgussverfahren ohne Zerstörung der Isolierung herstellen zu können. Beispielsweise ist die Isolierung aus Chloropren-Kautschuk nur bis zu einer Temperatur von ca. 1500C hitzebeständig. In herkömmlichen Spritzvorgängen beträgt jedoch die Temperatur des Spritzmaterials zwischen 2000C - 3000C. In diesem Falle hat sich die Abschirmung der aus thermoplastischem Elastomer bestehenden Tülle als ausreichend erwiesen, so dass das Steckverbindergehäuse mit diesen vergleichsweise preiswerten Herstellungsverfahren ausgebildet werden kann, wodurch die gesamte Anordnung preiswert herzustellen ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der oben genannten Anordnung bei der in einem ersten Schritt ein Endstück eines isolierten Kabels von einer elastischen Tülle umgeben wird, in einem zweiten Schritt wenigstens ein Leiter des isolierten Kabels mit wenigstens einem Kontaktelement eines Steckverbinders, gegebenenfalls nach einem vorgeschalteten Abisolierungsschritt eines Kabelab- Schnitts, leitend verbunden wird, beispielsweise durch Verpressen, in einem dritten Schritt ein Steckverbindergehäuse durch Umformung, beispielsweise im Spritzgussverfahren, derart ausgebildet wird, dass es jeweils teilweise das Kontaktelement und die Isolierung des Kabel mit der daran angebrachten Tülle umgibt, wobei die Tülle zwischen Steckverbindergehäuse und Isolierung, an diese jeweils angrenzend angeordnet ist.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steckverbinders dargestellt ist, ohne die Erfindung darauf einzuschränken. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Anordnung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist;
Fig. 2 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Fig. 1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung aus einem mit einer Isolierung 1 und wenigstens einem Kupfer-Leiter 2 versehenen Kabel 1 , 2 und einem Stecker 3, 4, 5 mit wenigstens einem Kontaktelement 5, wobei um die Isolierung 1 und das Kontaktelement 5 jeweils teilweise ein Steckergehäuse 3 durch ein Spritzgussverfahren ausgebildet ist. Der Leiter 2 und das Kontaktelement 5 sind durch Verpressen im Bereich der Kontaktierung 4 leitend verbunden. Das Steckergehäuse 3 umschließt Teile der Isolierung 1 , die Kontaktierung 4 und Teile des Kontaktelements hüllenförmig. Das Material der Isolierung 1 ist vernetztes thermoplastisches Elastomer. Wie schon eingangs erläutert ist ein Kabel mit derartigem Isoliermaterial vergleichsweise teuer.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung aus einem mit einer Isolierung 1 und wenigstens einem Kupfer-Leiter 2 versehenen Kabel 1 , 2 und einem Stecker 3, 4, 5 mit wenigstens einem Kontaktelement 5, wobei um die Isolierung 1 und das Kontaktelement 5 jeweils teilweise ein Steckergehäuse 3 durch ein Spritzgussverfahren ausgebildet ist. Der Leiter 2 und das Kontaktelement 5 sind durch Verpressen im Bereich der Kontaktierung 4 leitend verbunden. Im Unterschied zur Anordnung aus Figur 2 ist zwischen der Isolierung 1 des Kabels 1 , 2 und dem Steckergehäuse 3 eine Tülle 6 aus thermoplastischem Material angeordnet, die nach außen an das Steckergehäuse 3 und nach innen an die Isolierung 1 angrenzt. Zudem unterscheidet sich die Anordnung gegenüber der in Figur 1 gezeigten Anordnung dadurch, dass das Material der Isolierung 1 Chloropren-Kautschuk ist. Wie bereits erläutert, sind derartige Kabel preiswert erhältlich. Die Tülle 6 sorgt einerseits aufgrund ihres Elastizitätsmoduls und ihrer chemischen Bindung mit den angrenzenden Materialien des Steckergehäuses 3 und der Isolierung 1 für eine flüssigkeits- und gasdichte Verbindung zwischen der Isolierung 3 und dem Steckergehäuse 2. Zudem schirmt die Tülle 6 die Isolierung 1 beim Spritzgussherstellungsverfahren des Steckergehäuses 3 thermisch ab, so dass Beschädigungen der Isolierung 1 durch Schmelzen vermieden werden.
Es versteht sich, dass zu dem erfindungsgemäßen Stecker 3 komplementär ausgebildet, übersteckbare Buchsen in derselben Weise ausgebildet sein können.
Bezugszeichenliste:
Isolierung des Kabels Leiter des Kabels Steckverbindergehäuse Kontaktierung zwischen Leiter und Kontaktelement Kontaktelement des Steckers elastische Tülle

Claims

Patentansprüche:
1. Anordnung aus einem mit einer Isolierung (1 ) und wenigstens einem Leiter (2) versehenen Kabel (1 , 2) und einem Steckverbinder mit wenigstens einem Kontaktelement (5), wobei um die Isolierung (1 ) und das Kontaktelement (5) jeweils teilweise ein Steckverbindergehäuse (3), beispielsweise durch Umformung, ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Steckverbindergehäuse (3) und Isolierung (1 ) eine elastische Tülle
(6) an diese jeweils angrenzend angeordnet ist.
2. Anordnung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Tülle (6) als Haftvermittler zwischen dem Material des Steckverbindergehäuses (3) und dem Material der Isolierung (1 ) wirkt.
3. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tülle (6) als thermische Abschirmung für das Material der Isolierung (1 ) wirkt.
4. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Tülle (6) auf die Materialien der Isolierung (1 ) und des Steckverbindergehäuses (3) abgestimmt ist, dass es an der jeweiligen Grenzfläche zu einer chemischen Bindung, beispielsweise Vernetzung, kommt.
5. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Tülle (6) ein Elastizitätsmodul zwischen dem Elastizitätsmodul des Materials der Isolierung (1 ) und dem Elastizitätsmodul des Materials des Steckverbindergehäuses (3) aufweist.
6. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Tülle (6) ein thermoplastisches Elastomer, bevorzugt ein ver- netztes thermoplastisches Elastomer ist, das Material der Isolierung (1 ) ein Chloropren-Kautschuk oder Polyvinylchlorid, bevorzugt ein Chloropren- Kautschuk ist und das Material des Steckverbindergehäuses (3) ein Polypro- pylen-Copolymer ist.
7. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckverbindergehäuse (3) im Spritzgussverfahren hergestellt ist.
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