WO2019162084A1 - Steckverbinder - Google Patents

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Abstract

Steckverbinder (10) zur Verwendung in einem Getriebe, welcher eine Schnittstelle (11 ) bildet, mit mehreren elektrischen Leitern (12), einem ersten Duroplast (20), welches die elektrischen Leiter (12) voneinander elektrisch isoliert, einem Thermoplast, welches eine Gehäuse des Steckverbinders bildet, einer Leiterplatte (34), welche die elektrischen Leiter (12) elektrisch kontaktiert, einem zweiten Duroplast (22), welches einen leiterplattenseitigen Bereich (18) mediendicht abdichtet, und einem Dichtelement (32), welches eingerichtet ist, eine mediendichte Steckverbindung zu gewährleisten.

Description

Steckverbinder
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Steckverbinder zur Verwendung in einem Getriebe sowie ein Herstellungsverfahren für einen Steckverbinder zur Verwendung in einem Getriebe.
Viele Fahrzeuge umfassen ein Getriebe zur Steuerung eines Drehzahlbereichs eines Verbrennungsmotors. Derartige Getriebe umfassen oft mehrere Komponenten, die miteinander elektrisch verbunden sind. Elektrische Verbindungen werden häufig mittels Steckverbindern gewährleistet.
Steckverbinder in einem Getriebe erfordern eine Dichtigkeit gegenüber einem Umgebungsmedium, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit oder andere Flüssigkeit an die elektrischen Kontakte des Steckverbinders oder der damit kontaktierten elektrischen oder elektronischen Komponenten gelangen kann, was in Folge von daraus resultierenden Fehlströmen oder Kurzschlüssen zu Fehlfunktionen oder zu einem Ausfall des Getriebes führen kann.
Die DE 10 2014 223 644 A1 zeigt einen Steckverbinder zur Verbindung mit einer Leiterplatte, wobei ein Grundkörper des Steckverbinders mit Thermoplast umspritzt ist und mit der Leiterplatte elektrisch verbunden ist. Eine Schnittstelle des Steckverbinders ist mediendicht mit Duroplast umspritzt.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Steckverbinder anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Steckverbinder mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst.
Demgemäß ist vorgesehen: - ein Steckverbinder zur Verwendung in einem Getriebe, welcher eine Schnittstelle bildet, mit mehreren elektrischen Leitern, einem ersten Duroplast, welches die elektrischen Leiter voneinander elektrisch isoliert, einem Thermoplast, welches eine Gehäuse des Steckverbinders bildet, einer Leiterplatte, welche die elektrischen Leiter elektrisch kontaktiert, einem zweiten Duroplast, welches einen Bereich der Leiterplatte mediendicht abdichtet, und einem Dichtelement, welches eingerichtet ist, welches eingerichtet ist, eine mediendichte Steckverbindung zu gewährleisten; sowie
- ein Herstellungsverfahren für einen Steckverbinder zur Verwendung in einem Getriebe mit den folgenden Schritten: Herstellen eines Vorspritzlings, indem mehrere elektrische Leiter in einem ersten Bereich von einem Duroplast umspritzt werden;
Herstellen eines Fertigspritzlings, indem der Vorspritzling in dem ersten Bereich und in einem Schnittstellenbereich von einem Thermoplast umspritzt wird, die elektrischen Leiter in einem Anschlussbereich mit einer Leiterplatte kontaktiert werden und die elektrischen Leiter in dem Anschlussbereich und die Leiterplatte von einem Duroplast umspritzt werden;
Anbringen eines Dichtelements auf dem Steckverbinder, derart dass der Steckverbinder in einem gesteckten Zustand eine mediendichte, elektrische Verbindung zwischen einem ersten Umgebungsraum und einem zweiten Umgebungsraum gewährleistet.
Mediendicht bedeutet in diesem Zusammenhang eine Dichtigkeit gegenüber einem umgebenden Medium. Typischerweise handelt es sich hierbei um Fluide, beispielsweise Wasser, öl oder dergleichen.
Der Begriff„Öl“ ist hierbei insbesondere nicht einschränkend auf mineralische öle zu verstehen. Unter einem öl kann vielmehr auch ein vollsynthetisches oder teilsynthetisches öl verstanden werden, ebenso ein Silikonöl oder andere ölartige Flüssigkeiten, wie beispielsweise eine Hydraulikflüssigkeit oder ein Kühlschmierstoff (KSS). Eine Ölwanne bildet ein Reservoir für derartige Flüssigkeiten.
Steckverbinder dienen zum Trennen und Verbinden von elektrischen Leitern. Die Verbindungsteile werden dabei durch einen Formschluss der Steckerteile passend ausgerichtet. Steckverbinder weisen häufig Rast- und/oder Verriegelungsmittel zum Verriegeln oder Verrasten einer Steckverbindung mit einem Steckverbinder auf. Es ist denkbar Steckverbinder durch Verschrauben zusätzlich gegen unbeabsichtigtes Lösen zu sichern.
Der erfindungsgemäße Steckverbinder ist zur Verwendung in einem Kraftfahrzeuggetriebe ausgelegt. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist und auch in anderen Getrieben verwendet werden kann.
Es versteht sich ferner, dass das erste und das zweite Duroplast auch zusammenhängend ausgebildet sein können, entsprechend eines ersten und zweiten Bereichs, welcher jeweils mit Duroplast umspritzt ist.
Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Patentanmeldung sind motorgetriebene Landfahrzeuge. Davon sind auch Schienenfahrzeuge umfasst.
Thermoplaste, auch Plastomere genannt, sind Kunststoffe, die sich in einem Temperaturbereich verformen lassen. Dieser Vorgang ist reversibel, das heißt, er kann durch Abkühlung und Wiedererwärmung wiederholt werden, solange nicht durch Überhitzung eine thermische Zersetzung des Materials einsetzt.
Duroplaste, auch Duromere genannt, sind Kunststoffe, die nach ihrer Aushärtung durch Erwärmung oder andere Maßnahmen nicht mehr verformt werden können. Sie enthalten harte, amorphe, unlösliche Polymere.
Eine Leiterplatte, auch Leiterkarte, Platine oder gedruckte Schaltung, printed Circuit board oder PCB genannt, ist ein Träger für elektronische Bauteile. Eine Leiterplatte dient der mechanischen Befestigung der Bauteile und derer elektrischer Verbindung. Als Dichtelement bezeichnet man Elemente oder Konstruktionen, die die Aufgabe haben, ungewollte Stoffübergänge von einem Umgebungsraum in einen anderen Umgebungsraum zu verhindern.
Eine Ader ist eine Einzelleitung eines elektrischen Übertragungsmittels, z.B. eines Steckverbinders oder eines Kabels.
Eine Schnittstelle eines Steckverbinders, auch als Steckgesicht oder Steckinterface bezeichnet, bildet ein steckseitiges Ende des Verbinders und ist zur Kontaktierung mit einer kompatiblen Schnittstelle eingerichtet.
Die grundlegende Idee der Erfindung ist es, mittels eines inneren Duroplasts, eines äußeren Thermoplasts und eines Dichtelements einen mediendichten Steckverbinder bereitzustellen.
Die Schichtung des Duroplasts und des Thermoplasts gewährleistet, dass die elektrischen Leiter temperaturunabhängig von dem Duroplast abgedichtet sind und dass das Thermoplast-Gehäuse des Steckverbinders eine geeignete Kontur zum sicheren Stecken und Abdichten des Steckverbinders aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das erste Duroplast eine Kontur mit einem Vorsprung und/oder mit einem Rücksprung auf und das Thermoplast weist einen zu dem Vorsprung und/oder Rücksprung korrespondieren Rücksprung und/oder Vorsprung auf. Somit ist eine ausreichende Haftung von dem Duroplast an dem Thermoplast gewährleistet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Dichtelement als Radialdichtung und/oder als Axialdichtung ausgebildet. Somit lässt sich ein Steckverbinder flexibel an bauformspezifische Gegebenheiten anpassen. Bauformabhängig ist denkbar, dass es ausreicht einen Steckverbinder mit einer axialen oder radialen Dichtung abzudichten. Alternativ kann sich eine Dichtung, die sowohl in axialer als auch in radialer Richtung abdichtet, als vorteilhaft erweisen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Dichtelement als O-Ring ausgebildet. O-Ringe sind besonders kostengünstig und in zahlreichen Ausführungen erhältlich. Abhängig von der Dimensionierung eines O-Rings kann dieser eine axiale und/oder eine radiale Dichtwirkung aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Dichtelement L- förmig ausgebildet. Ein L-förmiges Dichtelement weist eine radiale und eine axiale Dichtwirkung auf.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Thermoplast eine zu dem L-förmigen Dichtelement korrespondierende Ausnehmung auf. Somit lässt sich das Dichtelement besonders einfach an dem Thermoplast anbringen. Zudem ist eine zusätzliche Stufe in dem Thermoplast, auf welcher das Dichtelement aufliegt, nicht zwingend erforderlich. Somit lässt sich ein Steckverbinder verkleinern bzw.“verschlanken”.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Thermoplast eine Stufe auf, auf welcher das Dichtelement angeordnet ist. Eine Stufe ist besonders vorteilhaft um Dichtelemente von einfacher Geometrie, z.B. einem O- Ring, an dem Steckverbinder anzubringen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die elektrischen Leiter mittels Durchkontaktierungen mit der Leiterplatte kontaktiert. Somit lassen sich zahlreiche Leiter mit der Leiterplatte kontaktieren. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Steckverbinder 32 elektrische Leiter aufweist. Alternativ lässt sich eine geringere Anzahl der elektrischen Leiter mit der Leiterplatte auch mittels Pads, z.B. Lötpads, kontaktieren. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Thermoplast ein Rastmittel zum Befestigen des Steckverbinders auf. Somit ist eine besonders einfache Verbindungsmöglichkeit zu einer weiteren Schnittstelle gewährleistet. Thermoplast ist besonders vorteilhaft zur Herstellung von Rastmitteln, z.B. Rastnasen. Alternativ kann der Steckverbinder auch durch Verschrauben eines Gewindes gesichert sein.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Thermoplast ein Mittel zur Definition einer Steckkraft auf. Das Mittel kann beispielsweise als radiale Nase ausgebildet sein. Somit lässt sich die Steckkraft eines Steckverbinders spezifisch einstellen. Dabei kann das Mittel zur Definition der Steckkraft in Abhängigkeit der Federeigenschaften des Thermoplaste dimensioniert sein.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die elektrischen Leiter in einem Schnittstellenbereich als Steckkontakte ausgebildet. Dementsprechend kann vorgesehen sein, dass die elektrischen Leiter außerhalb des Schnittstellenbereichs als Adern, insbesondere Draht oder dergleichen, ausgebildet sind. Dies reduziert die Materialkosten eines Steckverbinders, da somit die elektrischen Leiter nicht über die gesamte Länge des Steckverbinders als Steckkontakte ausgebildet sind. Steckkontakte sind formstabiler als elektrische Adern und dementsprechend wertiger als Adern.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein vorstehend beschriebener Steckverbinder in einem Fahrzeuggetriebe, insbesondere in einer Ölwanne des Getriebes ausgebildet.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
Figur 1 eine schematische Schnittsicht einer Ausführungsform der Erfindung; Figur 2 eine schematische Schnittsicht einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 3 ein schematisches Blockschaltbild eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche, funktionsgleiche und gleichwirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nicht anders ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt einen Steckverbinder 10 zur Verwendung in einem Getriebe. Der Steckverbinder 10 umfasst 32 elektrische Leiter 12, die als Steckkontakte ausgebildet sind. Die Leiter 12 weisen einen Schnittstellenbereich 14, einen mittigen Bereich 16 sowie einen leiterplattenseitigen Bereich 18 auf.
In dem mittigen Bereich 16 sind die Leiter 12 von einem ersten Duroplast 20 umspritzt. In dem leiterplattenseitigen Bereich 18 sind die Leiter 12 von einem zweiten Duroplast 22 umspritzt. Die Duroplaste 20 und 22 können die gleiche Zusammensetzung aufweisen und/oder zusammenhängend ausgebildet sein. Die Duroplaste 20 und 22 werden in verschiedenen Herstellungsschritten aufgebracht.
In dem mittigen Bereich 16 ist das erste Duroplast 20 von einem Thermoplast 24 umspritzt. Das Thermoplast 24 erstreckt sich auch in den Schnittstellenbereich 14. Das Thermoplast 24 bildet ein Gehäuse des Steckverbinders 10. Das Thermoplast 24 ist zweiteilig mit den Teilen 24a und 24b ausgebildet. In dem Schnittstellenbereich 14 sind die elektrischen Leiter 12 nicht unmittelbar umspritzt, sondern von Luft umgeben. Somit bilden die Leiter 12 in dem Schnittstellenbereich 14 Kontaktpins. Das Thermoplast 24 weist in dem Schnittstellenbereich 14 ein Mittel 36 zur Definition der Steckkraft auf. Das Mittel 36 ist als radiale Nase ausgebildet.
Das erste und das zweite Duroplast 20, 22 weisen mehrere Vorsprünge 26 und Rücksprünge 28 auf. Das Thermoplast 24 weist an einer nach innen gerichteten Oberfläche korrespondierende Rücksprünge und Vorsprünge auf.
Das erste Duroplast 20 und das Thermoplast 24 bilden eine Stufe 30, auf welcher ein Dichtelement 32 angeordnet ist. Das Dichtelement 32 ist als O-Ring ausgebildet.
In dem leiterplattenseitigen Bereich 18 sind die Leiter 12 über Durchkontaktierungen mit einer Leiterplatte 34 kontaktiert. Die Leiterplatte 34 ist von dem zweiten Duroplast 22 umspritzt.
Figur 2 zeigt einen Steckverbinder 10 gemäß Figur 1 , weicher eine Schnittstelle zu einer Ölwanne 38 eines Getriebes abdichtet. Die Ölwanne 38 umfasst eine Ausnehmung, in der das Dichtelement 32 des Steckverbinders 10 eingesetzt ist. Das Dichtelement 32 ist teilweise, nämlich auf einer seitlich nach außen gerichteten und einer zu der Ölwanne gerichteten Seitenfläche von der Ölwanne 32 umschlossen. Auf einer zu der Leiterplatte 34 gerichteten Seitenfläche ist das Dichtelement 32 von der Stufe 30 des Steckverbinders 10 umschlossen.
Der Steckverbinder 10 gewährleistet somit eine mediendichte elektrische Verbindung zwischen einem ersten Umgebungsraum 101 und einem zweiten Umgebungsraum 102. Die Ölwanne 38 trennt die Umgebungsräume 101 , 102 entlang der Linie 103 voneinander. In dem ersten Umgebungsraum 101 können sich Fluide, beispielsweise Öle, befinden. Der zweite Umgebungsraum 102 ist mittels des Dichtelements 32 von Fluiden des ersten Umgebungsraums 101 abgedichtet. Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Herstellungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
In dem Schritt S1 wird ein Vorspritzling hergestellt, indem die elektrischen Leiter 12 in einem ersten Bereich von einem Duroplast 20 umspritzt werden.
In dem Schritt S2 wird ein Fertigspritzlings hergestellt. Der Schritt S2 umfasst das Umspritzen des Vorspritzlings von einem Thermoplast 24 in dem ersten Bereich und in einem Schnittstellenbereich 14. Dieser Zwischenschritt ist mit S2.1 bezeichnet.
Der Schritt S2 umfasst ferner das Kontaktieren der elektrischen Leiter 12 in einem Anschlussbereich mit der Leiterplatte 34. Dieser Zwischenschritt ist mit S2.2 bezeichnet.
Der Schritt S2 umfasst ferner das Umspritzen der Leiter 12 in dem Anschlussbereich der Leiterplatte 34 und das Umspritzen der Leiterplatte 34 mit Duroplast 24. Dieser Zwischenschritt ist mit S2.3 bezeichnet.
In dem Schritt S3 wird der Steckverbinder 10 mittels dem Dichtelement 32 derart abgedichtet, dass dass der Steckverbinder 10 in einem gesteckten Zustand eine mediendichte, elektrische Verbindung zwischen dem ersten Umgebungsraum 101 und dem zweiten Umgebungsraum 103 gewährleistet.
Bezugszeichen Steckverbinder
Schnittstelle
elektrische Leiter
Schnittstellenbereich
mittiger Bereich
leiterplattenseitiger Bereich
erstes Duroplast
zweites Duroplast
Thermoplast
Vorsprung
Rücksprung
Stufe
Dichtelement
Leiterplatte
Mittel zur Definition der Steckkraft Ölwanne erster Umgebungsraum
zweiter Umgebungsraum
Linie

Claims

Patentansprüche
1. Steckverbinder (10) zur Verwendung in einem Getriebe, weicher eine Schnittstelle (1 1 ) bildet, mit
mehreren elektrischen Leitern (12),
einem ersten Duroplast (20), welches die elektrischen Leiter (12) voneinander elektrisch isoliert,
einem Thermoplast, welches eine Gehäuse des Steckverbinders bildet,
einer Leiterplatte (34), welche die elektrischen Leiter (12) elektrisch kontaktiert, einem zweiten Duroplast (22), welches einen leiterplattenseitigen Bereich (18) mediendicht abdichtet, und
einem Dichtelement (32), welches eingerichtet ist, eine mediendichte Steckverbindung zu gewährleisten.
2. Steckverbinder (10) nach Anspruch 1 , wobei das erste Duroplast (20) eine Kontur mit einem Vorsprung (26) und/oder mit einem Rücksprung (28) aufweist und das Thermoplast (24) einen zu dem Vorsprung (26) und/oder Rücksprung (28) korrespondieren Rücksprung und/oder Vorsprung aufweist.
3. Steckverbinder (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Dichtelement (32) als Radialdichtung und/oder Axialdichtung ausgebildet ist.
4. Steckverbinder (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Dichtelement (32) als O-Ring ausgebildet ist.
5. Steckverbinder (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 -3, wobei das Dichtelement L-förmig ausgebildet ist.
6. Steckverbinder (10) nach Anspruch 5, wobei das Thermoplast (24) eine zu dem Dichtelement (32) korrespondierende Ausnehmung aufweist.
7. Steckverbinder (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Thermoplast (24) eine Stufe (30) aufweist, auf welcher das Dichtelement (32) angeordnet ist.
8. Steckverbinder (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Leiter (12) mittels Durchkontaktierungen mit der Leiterplatte (34) kontaktiert sind.
9. Steckverbinder (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Thermoplast (24) ein Rastmittel zum Befestigen des Steckverbinders aufweist.
10. Steckverbinder (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Thermoplast (24) ein Mittel zur Definition (36) einer Steckkraft aufweist.
1 1. Steckverbinder (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Leiter (12) in einem Schnittstellenbereich (14) als Steckkontakte ausgebildet sind und außerhalb des Schnittstellenbereichs als Adern ausgebildet sind.
12. Fahrzeuggetriebe mit einem Steckverbinder (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
13. Herstellungsverfahren für einen Steckverbinder (10) zur Verwendung in einem Getriebe mit den folgenden Schritten:
- Herstellen eines Vorspritzlings, indem elektrische Leiter (12) in einem ersten Bereich von einem ersten Duroplast (20) umspritzt werden;
- Herstellen eines Fertigspritzlings, indem
der Vorspritzling in dem ersten Bereich und in einem Schnittstellenbereich von einem Thermoplast (24) umspritzt wird,
die elektrischen Leiter (12) in einem Anschlussbereich mit einer Leiterplatte kontaktiert werden und
die elektrischen Leiter (12) in dem Anschlussbereich und die Leiterplatte von einem zweiten Duroplast (22) umspritzt werden;
Anbringen eines Dichtelements (32) auf dem Steckverbinder (10), derart dass der Steckverbinder (10) in einem gesteckten Zustand eine mediendichte, elektrische Verbindung zwischen einem ersten Umgebungsraum (101 ) und einem zweiten Umgebungsraum (103) gewährleistet.
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