DE102011121133A1

DE102011121133A1 - Fluiddichte Kontaktdurchführung

Info

Publication number: DE102011121133A1
Application number: DE102011121133A
Authority: DE
Inventors: Gerd Kindermann; Uwe Raschke; Uwe Pitzul; Marek Ciezarek
Original assignee: Kostal Kontakt Systeme GmbH
Current assignee: Kostal Kontakt Systeme GmbH
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2013-06-13
Also published as: CN103988373B; CN103988373A; ES2718837T3; KR20140104422A; JP2015500156A; US20140256167A1; US9337569B2; KR101901481B1; MX2014007064A; JP6112737B2; EP2792029B1; RU2586886C2; MX353679B; RU2014128562A; EP2792029A1; WO2013087576A1; BR112014014214A2

Abstract

Beschrieben wird eine fluiddichte Kontaktdurchführung durch einen Kunststoffkörper, mit mindestens einem Flachkontakt, der auf einem umspritzten Teilstück eine oder mehrere Querschnittsänderungen aufweist, wobei der Kunststoffkörper aus einem nichtschwindenden Duroplastmaterial besteht, und wobei die Längskanten des mindestens einen Flachkontakts verrundet sind. Hierdurch sind Flachkontakte in Umgebungen mit hohen Drücken und Temperaturen fluiddicht einsetzbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine fluiddichte Kontaktdurchführung durch einen Kunststoffkörper, mit mindestens einem Flachkontakt, der auf einem umspritzten Teilstück eine oder mehrere Querschnittsänderungen aufweist.
Eine derartige fluiddichte Kontaktdurchführung ist aus der DE 10 2009 058 525 A1 bekannt. Bei dieser Kontaktdurchführung weist der Flachkontakt mindestens einen Abschnitt mit einer umlaufend sich in axialer Richtung verjüngenden Querschnittskontur auf. Nach dem Umspritzen wird der Flachkontakt in Richtung seiner Verjüngungen) gegen die Umspritzung verschoben, wodurch die Kavitäten entlang der Mantelflächen der sich verjüngenden Kontur verschlossen werden und so die Kontaktdurchführung entlang axialer Abschnitte des Flachkontakts abgedichtet wird.
Die Kavitäten, die hier durch die Verschiebung des Flachkontakts abgedichtet werden, entstehen durch Schrumpfungsprozesse beim Abkühlen des Kunststoffmaterials. Besonders thermoplastische Materialien verändern beim Abkühlen ihre innere Struktur, wodurch sich das Materialvolumen vermindert. Durch diese Nachschwindung entsteht zu dem Kontakt ein kleiner Spalt, der auf die beschriebene Weise abgedichtet wird. Allerdings ist unter schwierigen Umgebungsbedingungen, wie hohen Drücken und Temperaturen, die dabei erreichbare Dichtigkeit oft nicht ausreichend.
Anspruchsvolle Umgebungsbedingungen sind beispielsweise bei Steckverbindern gegeben, die in Getriebegehäusen von Kraftfahrzeugen eingebaut sind. Solche Steckverbinder sind wechselnden und dabei auch hohen Temperaturdifferenzen ausgesetzt und müssen Schwingungen, sowie hohen Öldrücken standhalten. Für derartige Anwendungen werden nahezu ausschließlich Steckverbinder mit Rundstiften eingesetzt. Diese werden zumeist unter hohem Krafteinsatz in Durchgangsöffnungen eines Kunststoffkörpers eingepresst, die ein Untermass gegenüber dem Querschnittsmaß der Rundstifte aufweisen.
Ein derartiges Vorgehen hat sich bei Flachkontakten als problematisch erwiesen, da die Anpresskräfte innerhalb der Durchgangsöffnung nicht symmetrisch auf die Oberfläche des Steckerkontakts wirken. Als besonders schwierig hat sich dabei die Abdichtung im Bereich der Längskanten eines Flachkontakts herausgestellt, da sich hier die Richtung der Oberflächennormale unstetig ändert. Dies führt dazu, dass eine ausreichende Öldichtigkeit von Getriebegehäusesteckverbindern mit Flachkontakten in den typischen Temperatur- und Druckbereichen bisher nicht erreichbar war.
Es stellte sich die Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Steckverbinder mit Flachkontakten zu schaffen, der bei hohen Drücken und Temperaturen sowie auch über einen großen Temperaturbereich fluiddicht und darüber hinaus möglichst vibrations- und chemikalienbeständig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kunststoffkörper aus einem nichtschwindenden Duroplastmaterial besteht, und dass die Längskanten des mindestens einen Flachkontakts verrundet sind.
Die Lösung der Aufgabe besteht somit aus der Kombination eines besonders gewählten Umspritzungsmaterials mit einer besonderen Formgebung des Flachkontakts. Beide Merkmale zusammen ermöglichen, eine Kontaktdurchführung die mindestens fluiddicht ist und die, für einen definierten Druckbereich, sogar gasdicht ausgebildet sein kann.
Wesentlich ist hierbei zunächst die Verwendung eines Duroplastmaterials zur Umspritzung des mindestens einen Flachkontakts. Im Gegensatz zu den üblicherweise zum Spritzgießen verwendeten Thermoplasten finden sich unter den Duroplasten Materialien, welche ihr Volumen beim Aushärten nicht verringern, sondern konstant halten oder sogar vergrößern. Als für die hier zu lösende Aufgabe haben sich nichtschwindende Duroplastmaterialien, die auch als „Nullschwinder” bezeichnet werden, die ihr Volumen weder vermindern noch vergrößern, als geeignet erwiesen. Derartige Materialien finden sich beispielsweise in den Stoffgruppen der Epoxydharze, Phenolharze oder der so genannten Bulk Moulding Compounds (BMC). Die Verwendung eines nichtschwindenden Duroplastmaterials ermöglicht es, einen Flachkontakt zu umspritzen, ohne dass es beim Aushärten des Umspritzungsmaterials zu einer Ausbildung von Kavitäten kommt.
Um eine gleichmäßige Verbindung zwischen dem Duroplastmaterial und dem Flachkontakt zu gewährleisten, ist zudem vorgesehen, die Längskanten des mindestens einen Flachkontakts zu verrunden.
Dies kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass die Längskanten des mindestens einen Flachkontakts auf der Gratseite durch einen Stanzprozess vorgeprägt und dadurch umlaufend verrundet sind. Der Flachkontakt weist somit keinen genau rechteckförmigen Querschnitt auf, sondern einen rechteckförmigen Querschnitt mit abgerundeten Übergängen zwischen den Querschnittsseiten. Dieses Profil ist schematisch in der 5 dargestellt.
Der mindestens eine Flachkontakt weist zudem auf einem umspritzten Teilstück an seinen Randabschnitten eine oder mehrere rechteckförmige oder abgerundete Aussparungen aus, wie sie beispielhaft in den 3 und 4 dargestellt sind. Hierdurch variiert die Querschnittsbreite des Flachkontakts in dessen axialer Richtung.
Die Ausnehmungen bewirken, dass der mindestens eine Flachkontakt nach der Umspritzung formschlüssig mit dem Umspritzungsmaterial verbunden ist. Die Ausnehmungen bilden zudem in axialer Richtung des Flachkontakts eine Labyrinthstruktur aus, welche für das angrenzende Medium einen mehrstufigen Druckabfall bewirkt, wodurch sich die Abdichteigenschaften der Kontaktdurchführung weiter verbessern. Hierbei wirkt unterstützend, dass das Umspritzungsmaterial erfindungsgemäß bei der Verarbeitung sein Materialvolumen nicht verändert und daher die Ausnehmungen dicht ausfüllt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der mindestens eine Flachkontakt und das Umspritzungsmaterial möglichst ähnliche und im Idealfall gleiche Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweisen. Hierdurch können in einem weiten Temperaturbereich sowohl mechanische Spannungen als auch Kavitätsbildungen, welche die Abdichtungseigenschaften verschlechtern würden, vermieden werden.
Die Materialverbindung zwischen dem mindestens einen Flachkontakt und dem durch die Umspritzung gebildeten Kunststoffkörper kann durch Applizierung eines Haftvermittlers weiter verbessert werden.
Besonders vorteilhaft ist auch, dass aufgrund der guten Abdichteigenschaften und der hohen Temperaturbeständigkeit des nichtschwindenden Duroplastmaterials die nicht umspritzten Endabschnitte des mindestens einen Flachkontakts durch einen Galvanikprozess behandelt werden können, ohne dass die umspritzten Bereichen davon betroffen sind. Hierdurch können die umspritzten und die nicht umspritzten Bereiche des mindestens einen Flachkontakts mit unterschiedlichen galvanischen Beschichtungen versehen werden, die für den jeweiligen Bereich besonders günstige Eigenschaften aufweisen.
So kann beispielsweise vorteilhaft vorgesehen sein, dass ausschließlich die nicht umspritzten Bereiche des mindestens einen Flachkontakts eine Zinn- oder Silberbeschichtung aufweisen.
Hierzu können im Fertigungsablauf zuerst die nicht oberflächenbehandelten und gegebenenfalls mit einem Anlaufschutz versehenden Flachkontakte umspritzt werden, und anschließend die aus dem Kunststoffkörper herausstehenden Enden der Flachkontakte oberflächenbehandelt und gegebenenfalls passiviert werden. Da hierdurch nur Teilabschnitte der Flachstecker behandelt werden, wird zudem vorteilhaft eine Einsparung von Silber und Passivierungsmittel erreicht.
Weitere Details zur vorteilhaften Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Kontaktdurchführung gehen aus der nachfolgend beschriebenen Zeichnung hervor. Die 1 zeigt eine Schnittansicht eines Steckverbindergehäuses 6, welches eine fluiddichte Durchführung von Flachkontakten 1 zwischen zwei Kammern 9, 10 aufweist. Das Steckverbindergehäuse 6 ist als ein Spritzgießteil gefertigt, wobei zur Herstellung des Steckverbindergehäuses 6 Teilabschnitte 4 der Flachkontakte 1 mit einem nichtschwindenden Duroplastmaterial umspritzt wurden.
Die in der 1 dargestellte zweipolige Ausführung einer Kontaktdurchführung ist rein selbstverständlich beispielhaft. Eine erfindungsgemäße Kontaktdurchführung kann eine frei festlegbare Anzahl von umspritzten Flachkontakten 1 aufweisen, insbesondere sind auch Kontaktdurchführungen mit jeweils einem einzigen Flachkontakt 1 oder auch mit einer höheren Anzahl von Flachkontakten 1 ausführbar. Die 2 zeigt als weiteres Beispiel eine Kontaktdurchführung mit sieben Flachkontakten 1, die in drei zueinander parallelen Reihen angeordnet sind.
In der 3 und 4 ist jeweils ein einzelner Flachkontakt 1, 1' dargestellt, welcher an einem Teilstück 4 von einer Umspritzung 3 umgeben ist. Die als schraffierte Fläche dargestellte Umspritzung 3 verdeutlicht hierbei schematisch jeweils ein den Flachstecker 1, 1' direkt umgebendes Teilvolumen eines Kunststoffkörper 2, wie er in den 1 bzw. 2 gezeigt ist.
Innerhalb des von der Umspritzung 3 umgebenen Teilstückes 4 weist der Flachkontakt 1, 1' mehrere Querschnittsänderungen auf, die in Form abgerundeter Ausnehmungen 5a (3) beziehungsweise rechteckförmiger Ausnehmungen 5b (4) in die Längsseiten des Flachkontakts 1 bzw. 1' eingebracht sind. Die Umspritzung 3 bildet mit den Ausnehmungen 5a bzw. 5b eine formschlüssige Verbindung aus, welche aufgrund der „Nullschwinder-Eigenschaften des dazu vorgesehen Duroplastmaterials in einem weiten Temperatur- und Druckbereich fluiddicht ist.
Noch nach dem Umspritzungsvorgang können nicht umspritzte Endabschnitte 7a, 7b des Flachkontaktes 1, 1' galvanisch behandelt werden; beispielsweise zu Verbesserung der elektrischen Kontakteigenschaften mit einer Silbersbeschichtung versehen werden.
Die 5 zeigt einen Abschnitt aus dem in der 4 dargestellten Flachkontakt 1' in einer Querschnittsansicht. Ersichtlich ist eine der Aussparungen 5b, durch die die Querschnittsbreite b des Flachkontakts 1' in dessen axialer Richtung a variiert. Erkennbar sind außerdem abgerundete Längskanten 8 des Flachkontakts 1', welche auf der Stanzseite durch das Stanzwerkzeug und auf der Gratseite durch eine Vorprägung an den Flachkontakt 1' angeformt sind. Die abgerundete Längskanten 8 verbessern wesentlich die Verbindung des Flachkontakts 1' zum Umspritzungsmaterial.
Bezugszeichenliste

1, 1': Flachkontakt
2: Kunststoffkörper
3: Umspritzung
4: umspritztes Teilstück
5a: (abgerundete) Ausnehmungen
5b: (rechteckförmige) Ausnehmungen
6: Steckverbindergehäuse
7a, 7b: Endabschnitte
8: Längskanten
9, 10: Kammern
a: axiale Richtung
b: Querschnittsbreite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009058525 A1 [0002]

Claims

Fluiddichte Kontaktdurchführung durch einen Kunststoffkörper (2), mit mindestens einem Flachkontakt (1, 1'), der auf einem umspritzten Teilstück (4) eine oder mehrere Querschnittsänderungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkörper (2) aus einem nichtschwindenden Duroplastmaterial besteht, und dass die Längskanten (8) des mindestens einen Flachkontakts (1, 1') verrundet sind.
Fluiddichte Kontaktdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsänderungen durch Ausnehmungen (5a, 5b) ausgeführt sind.
Fluiddichte Kontaktdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Flachkontakt (1, 1') und der Kunststoffkörper (2) gleiche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Fluiddichte Kontaktdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mindestens einem Flachkontakt (1, 1') und dem Kunststoffkörper (2) ein Haftvermittler eingebracht ist.
Fluiddichte Kontaktdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkörper (2) ein Steckverbindergehäuse (6) ausbildet.
Fluiddichte Kontaktdurchführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Kontaktdurchführung einen mehrpoligen Steckverbinder ausbildet.
Fluiddichte Kontaktdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht umspritzten Endabschnitte (7a, 7b) des mindestens einen Flachkontakts (1, 1') durch einen Galvanikprozess behandelt sind.
Fluiddichte Kontaktdurchführung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Flachkontakt (1, 1') zumindest abschnittsweise eine Zinn- oder Silberbeschichtung aufweist.
Fluiddichte Kontaktdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskanten (8) des mindestens einen Flachkontakts (1, 1') auf der Gratseite durch einen Stanzprozess vorgeprägt und dadurch umlaufend verrundet sind.
Fluiddichte Kontaktdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkörper (2) aus einem Epoxydharz, einem Phenolharz oder einem Bulk Moulding Compound mit Nullschwinder-Eigenschaften besteht.