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Die
Erfindung betrifft eine Baueinheit, die ein Wandelement aus einem
ersten Material, zumindest eine in das Wandelement eindringende
oder dieses durchgreifende Leitung und ein zwischen der Leitung und
dem Wandelement angeordnetes Abdichtelement aus einem zweiten Material
umfaßt.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen
Baueinheit.
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In
vielen Bereichen der Technik müssen
Leitungen von einem Bereich zu einem anderen Bereich durch ein die
beiden Bereiche trennendes Wandelement, das hierfür einen
Durchbruch bzw. eine Öffnung
(im folgenden als Durchgang bezeichnet) aufweist, hindurchgeführt werden.
Dabei ist häufig
erwünscht,
daß der
Durchgang abgedichtet ist, so daß Medien, wie Flüssigkeiten,
Gase etc., nicht von einem Bereich zum anderen entlang der Leitung
durch den Durchgang gelangen können.
Gerade auf dem Gebiet der Elektrotechnik werden sehr häufig Kunststoffgehäuse zur
Aufnahme von elektrischen, elektronischen oder mechatronischen Komponenten
verwendet, wobei das Gehäuse
einen Durchgang aufweist, in dem bspw. eine Steckkontaktleiste mit
außenliegenden
Steckelementen angebracht ist. Über diese
Steckelemente werden die elektrischen Verbindungen mit der im Gehäuse untergebrachten
Komponente hergestellt. Liegt dieses Gehäuse in einem schmutzgefährdeten
Bereich, bspw. im Motorraum eines Fahrzeugs, oder in der Ölwanne eines
Motors, ist es zum Schutz der Komponente erforderlich, eine Abdichtung
im Bereich des Durchgangs, insbesondere um die Steckelemente herum,
vorzusehen.
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Eines
der bisher eingesetzten Verfahren besteht darin, die Steckelemente
mit einem Kunststoffmaterial zu umspritzen, das dem Material des
Gehäuses
entspricht. Bei dieser Art der Abdichtung kommt es jedoch sehr schnell
zu Undichtigkeiten, die sich insbesondere aufgrund einer Delamination
oder einer Schwindung des Kunststoffmaterials oder einer rauhen
Oberfläche
der z. B. gestanzten Steckkontakte ergibt. Eine Möglichkeit,
diese Abdichtung zu verbessern, besteht z. B. in der Versiegelung
der Austrittsfläche
der Steckelemente nach dem Umspritzen mit Kunststoff. Ein solcher
Nachbearbeitungs-Schritt ist jedoch aufwendig und kostenintensiv.
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Die
Verwendung von nicht gestanzten Kontakten, die eine verbesserte
Oberflächenbeschaffenheit
haben, führen
aufgrund der dadurch erreichten besseren Haftung des Kunststoffs
an den Kontakten zwar zu besseren Abdichtergebnissen, sind jedoch
in der Herstellung teuer. Auch das Durchschießen einer Gehäusewand
mit einem runden Kontaktstift führt zwar
zu besseren Abdichtergebnissen, ist aber ebenfalls sehr kostenintensiv.
Diese Lösung
erfordert nämlich
spezielle Dichtgeometrien des Stiftes, die nicht als integraler
Teil bspw. einer komplexeren Leiterbahnführung darstellbar sind, sondern
Verbindungsstellen zwischen Stift und benachbarter Leiterbahn erfordern.
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Darüber hinaus
werden auch Zwei-Komponenten-Spritzgußverfahren eingesetzt, wobei
zwei verschiedene Thermoplasten zum Einsatz kommen. Auch hier ist
der Übergang
zwischen Metall und Thermoplast im Hinblick auf die Dichtigkeit
unbefriedigend. Dokument
DE 40
17 077 beschreibt ein Verfahren, das statt des ersten Thermoplasten,
einen nicht reaktiven Schmelzkleber verwendet, der mit einem Thermoplasten
umspritzt wird. Dabei wird eine Kunststoffmantelleitung mit abisolierten,
vieldrähtigen
Leitern durch eine aus Polyamid bestehende Gehäusewand geführt. Die Leiter werden durch
Verzinnen zu einem festen Draht geformt und mit einer Schicht eines
aus Polyamid bestehenden Schmelzklebers umhüllt. Der Schmelzpunkt des Schmelzklebers
liegt niedriger als der des Werkstoffs der Gehäusewand. Beim Umspritzen der
Kunststoffmantelleitung mit dem Werkstoff der Gehäusewand,
erweicht der Schmelzkleber und geht eine stoffschlüssige Verbindung
mit der Gehäusewand
ein. Dabei ergibt sich jedoch das Problem, daß der wenig wärmeformbeständige Schmelzkleber
beim Umspritzen mit dem flüssigen
Thermoplasten verweht.
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Dokument
DE 44 23 985 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung einer feuchtigkeitsdichten Verbindung
einer elektrischen Leitung mit einem Thermistor eines Temperatursensors.
Dabei wird das Leitungsende und der an diesem befindliche Thermistor
mit einem am Leitungsmantelmaterial fest und dichthaftenden Kunststoff
umspritzt.
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Neben
dem direkten Umspritzen der Steckkontakte mit dem auch für das Gehäuse verwendeten Kunststoff
ist es ebenfalls bekannt, elastische Dichtungen zu verwenden, die
in einem vorgelagerten Montageschritt auf die Steckkontakte aufgebracht werden,
wobei die Einheit aus Steckkontakten und Abdichtung anschließend in
das Gehäuse
eingesetzt wird. Als weitere Abdichtmöglichkeiten sind noch die Preßpassung
oder die Profildichtung zu nennen.
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All
diese Lösungen
zur Abdichtung einer ruhenden Fläche
haben miteinander gemein, daß sie zusätzliche
Montageschritte zum Anbringen der Dichtung erfordern oder nicht
die gewünschten
Dichtungseigenschaften besitzen. So ist die Montage, bspw. beim
Einlegen einer Dichtung, personalaufwendig und fehleranfällig. Darüber hinaus
ist der Bereich zwischen Gehäuse
und Dichtung problematisch, da aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten
der für
das Gehäuse
und die Dichtung verwendeten Materialien im Laufe der Zeit Spalte
entstehen können,
die die Dichtigkeit beeinträchtigen.
Des weiteren ist die erforderliche Präparation der Dichtflächen nachteilig.
Je nach Gestaltung der Dichtung werden nicht nur sehr hohe Ansprüche an die
Geometrie, sondern auch an die Oberflächenqualität der Dichtflächen gestellt,
die unmittelbar die Herstellungskosten erhöhen. Ferner schließen sich
beim Einsatz von Dichtungen häufig an
den Montagevorgang der jeweiligen Dichtung aufwendige Dichtigkeitsprüfungen an,
die wiederum kostspielig sind.
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Da
konventionelle Dichtungen, die direkt in den Montagespalt der Fügeteile
eingesetzt werden, je nach Beanspruchung verschleißen, kann
ein regelmäßiges Erneuern
der Dichtung notwendig werden. Auch dies verursacht zusätzliche
Kosten.
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Vor
diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
darin, ein Verfahren bzw. eine Baueinheit der eingangs genannten
Art so weiterzubilden, daß eine
einfache und kostengünstige berührende Dichtung
an ruhenden Flächen
ermöglicht
wird. Insbesondere soll die Abdichtung auch im Übergangsbereich von Abdichtelement
zu Wandelement dauerhaft erhalten bleiben.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei dem eingangs erwähnten Verfahren
dadurch gelöst,
daß das
zweite Material auf einen Abschnitt der zumindest einen Leitung
entlang des gesamten Umfangs der Leitung aufgebracht wird, um das
Abdichtelement zu erhalten, und daß das Abdichtelement mit dem
ersten Material umspritzt wird, bevor das Abdichtelement ausgehärtet ist,
um das Wandelement zu erhalten.
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Dieses
erfindungsgemäße zweistufige
Verfahren ermöglicht
die Herstellung eines Abdichtelements in kostengünstiger und einfacher Art und
Weise. So ist es nicht notwendig, zusätzliche Montageschritte, bspw.
zum Anbringen einer Dichtung auf der abzudichtenden Leitung, vorzusehen.
Vielmehr wird das Abdichtelement bereits bei dessen Herstellung an
der Leitung angebracht und in den Herstellungsprozeß der gesamten
Baueinheit integriert. Ferner läßt sich
durch Umspritzen des Abdichtelements zu einem Zeitpunkt, zu dem
das Abdichtelement noch nicht ausgehärtet ist, erreichen, daß eine dauerhafte Verbindung
zwischen dem Wandelement und dem Abdichtelement erfolgt. Somit wird
die bisher bei vielen Abdichtungen vorhandene Schwachstelle im Bereich
des Übergangs
von Abdichtelement zu Wandelement beseitigt.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu
sehen, daß das
Abdichtelement für
nahezu jede Dichtungsgeometrie eingesetzt werden kann. Die Form
des Abdichtelements wird alleine durch den Vorgang der Anbringung
festgelegt, so daß keinerlei
Einschränkungen
in bezug auf die Geometrie durch die Gestalt der Dichtung entsteht. Das
Verfahren ist damit sehr flexibel einsetzbar. So kann es sich bei
der Baueinheit bspw. um ein geschlossenes Gehäuse zur Aufnahme einer mechatronischen
Komponente handeln, oder aber um eine mit Kontakten versehene Anschlußleiste,
die an einem Gehäuse
angebracht werden kann, oder auch um einen Rahmen, oder aber auch
um einen reinen Stecker.
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Ganz
allgemein ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung als
Baueinheit jegliches Element zu verstehen, das ein Wandelement und eine
Leitung aufweist, die in das Wandelement eindringt oder das Wandelement
durchdringt, wobei ein Abdichtelement zwischen Wandelement und Leitung vorgesehen
ist.
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Ferner
ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung unter Leitung
ein beliebiges Element zu verstehen, das von einer Seite der Baueinheit
durch einen Durchgang hindurch zur anderen Seite der Baueinheit
geführt
werden soll. Es kann sich daher bspw. um elektrische Leitungen,
elektrische Steckkontakte/Steckelemente oder auch Rohrleitungen,
bspw. Kühlmittelleitungen
oder auch Schließzylinder
handeln. Dabei spielt es keine Rolle, aus welchem Material und in
welcher Querschnittsgeometrie die Leitung gefertigt ist.
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Des
weiteren ist mit dem Begriff "Umspritzen" allgemein das Auftragen
von Material mit Hilfe des Spritzgießverfahrens, werkzeuggebundener oder
frei dosierender Verfahren gemeint.
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Des
weiteren wird mit der Angabe "bevor
das Abdichtelement ausgehärtet
ist" ein Zustand
des Abdichtelements verstanden, bei dem es einerseits weiterverarbeitbar
ist, aber andererseits zumindest an der Oberfläche verformbar und/oder mit
dem ersten Material vermischbar ist. Mit anderen Worten ist das Abdichtelement
soweit ausgehärtet,
daß es
handhabbar ist und dennoch so wenig ausgehärtet, daß eine Verformung der Oberfläche oder
eine Vermischung einer Oberflächenschicht
des Abdichtelements mit dem ersten Material möglich ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird somit vollkommen gelöst.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung wird als erstes Material ein Thermoplast
und als zweites Material ein reaktives Polymerge misch, vorzugsweise ein
Reaktionskleber, verwendet. Es werden also für Wandelement und Abdichtelement
unterschiedliche Materialien verwendet.
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Diese
Materialien haben sich in der Praxis als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Ein thermoplastisches Material läßt sich äußerst kostengünstig verarbeiten.
Ein reaktiv vernetzendes Material für das Abdichtelement besitzt
gute Hafteigenschaften, um einerseits gut an der Leitung zu haften
und andererseits eine gute Verbindung mit dem Thermoplast eingehen
zu können.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung wird das Abdichtelement beim Umspritzen
zumindest teilweise an der dem Wandelement zugewandten Seite verformt.
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Diese
Verformung stellt sich ein, da das Umspritzen zu einem Zeitpunkt
erfolgt, zu dem das Abdichtelement noch nicht ausgehärtet ist.
Durch den Einspritzdruck kann sich das Abdichtelement in bestimmten
Bereichen verformen. Diese Verformung führt unerwartet zu einer deutlichen
Verbesserung der Abdichtung im Bereich zwischen Wandelement und
Abdichtelement. Diese positive Wirkung ergibt sich daraus, daß sich die
Oberfläche,
mit der Wandelement und Abdichtelement in Kontakt kommen, durch
diese Verformung deutlich vergrößert.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung wird beim Umspritzen des Abdichtelements
zwischen Abdichtelement und Wandelement ein Mischbereich aus dem
ersten und dem zweiten Material erzeugt.
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Dieser
Mischbereich kann entstehen, da das Abdichtelement beim Umspritzen
noch nicht ausgehärtet
bzw. erstarrt ist. Dieser Mischbereich sorgt einerseits dafür, daß die beiden
Materialien von Wandelement und Abdichtelement sehr gut miteinander verbunden
werden können,
so daß die
Gefahr von Kanalbildungen aufgrund bspw. schlechter Haftung der
beiden Materialien vermieden wird. Andererseits sorgt dieser Mischbereich
dafür,
daß sich
auch im Laufe der Zeit keine Kanäle
oder Spalte bilden. Vielmehr besitzt dieser Mischbereich aufgrund
des sich ändernden
Ausdehnungskoeffizienten kompensierende Wirkung, so daß Wärmespannungen
abgeschwächt
werden. Besonders gute Abdicht- und Haftungseigenschaften lassen
sich durch eine Kombination der zuvor genannten Maßnahmen,
nämlich
Verformung und Mischung erzielen.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung wird die Leitung aus einem elektrisch
leitfähigen
Material, vorzugsweise einem Metall, hergestellt, um eine elektrische
Verbindung zu bilden. Die Leitung kann dabei einen beliebigen Querschnitt
aufweisen. Weiter bevorzugt wird die Baueinheit als Gehäuse oder
Gehäusekomponente
zur Aufnahme elektrischer, elektronischer oder mechatronischer Komponenten
geformt.
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Diese
Maßnahmen
haben den Vorteil, daß eine
sehr kostengünstige
Baueinheit, bspw. eine Steckkontaktleiste oder ein Stecker herstellbar
ist. Der Kostenvorteil gegenüber
herkömmlichen
Verfahren ergibt sich unter anderem dadurch, daß kostengünstig herstellbare Stanzteile
verwendbar sind, da das Abdichtelement aufgrund seiner guten Abdicht- und
Hafteigenschaften auch rauhere Oberfläche mit scharfen Kanten sicher
abdichtet. Es versteht sich, daß die
Leitung auch in anderer Weise und mit be liebigem Querschnitt dargestellt
werden kann, bspw. durch Ziehen, Erodieren, Laserschweißen, Drehen, etc.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung wird auch die Komponente mit dem
zweiten Material umhüllt,
so daß das
Abdichtelement die Komponente vollständig umgibt, und wird das Abdichtelement
vollständig
mit dem ersten Material umspritzt, so daß das Wandelement das Gehäuse bildet,
wobei die zumindest eine Leitung von außen in das Wandelement eindringt
und bis zu der Komponente verläuft.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, daß die elektrische,
elektronische oder mechatronische Komponente durch das Abdichtelement
gegen äußere Einflüsse vollständig geschützt ist,
und daß das
Abdichtelement gleichzeitig als Moderatorschicht dient, um eine
direkte Wechselwirkung zwischen dem ersten Material des Wandelements
und der Komponente bzw. den Bauelementen auf der Komponente zu verhindern.
Insbesondere Temperaturschwankungen können so durch das Abdichtelement
ausgeglichen werden.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung ist das Abdichtelement vollständig mit
dem ersten Material umspritzt.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, daß das Abdichtelement
gegen äußere Einflüsse geschützt ist.
Damit läßt sich
ein Verschleiß des
Abdichtelements sowohl aufgrund von mechanischer Beanspruchung als
auch durch Medieneinflüsse
verhindern. Der Verwendungszyklus der Baueinheit wird somit nicht
durch die Lebensdauer des Abdichtelements bestimmt.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt das Aufbringen des zweiten
Materials und/oder das Umspritzen des Abdichtelements mit dem ersten
Material im Spritzgießverfahren.
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Dieses
Verfahren ermöglicht
eine sehr kostengünstige
und einfache Fertigung. Insbesondere können die zur Fertigung von
Baueinheiten bereits vorhandenen Anlagen ohne weiteres eingesetzt
werden. Das erfindungsgemäße Verfahren
benötigt
somit keine Änderung
der vorhandenen Technologie und ermöglicht dessen Umsetzung innerhalb
kurzer Zeit. Insbesondere sind nur geringe Investitionen erforderlich.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch von einer Baueinheit
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein Übergangsbereich zwischen Wandelement
und Abdichtelement vorgesehen ist, wobei der Übergangsbereich durch Oberflächenverformungen
des Abdichtelements und/oder durch eine Vermischung aus erstem und zweitem
Material definiert ist, wobei das zweite Material ein aushärtendes
Material ist.
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Mit
anderen Worten ist der Übergangsbereich
eine Zone, die beim Umspritzen des noch nicht vollständig ausgehärteten Abdichtelements
mit dem ersten Material entsteht. Entweder mischt sich dieses erste
Material mit dem noch nicht erstarrten zweiten Material und bildet
einen Mischbereich, oder das erste Material dringt beim Umspritzen
zumindest stellenweise in die Oberfläche des Abdichtelements ein,
so daß ein
Verformungsbereich entsteht. Beiden Vorgängen, die selbstverständlich auch
gleichzeitig auftreten können,
ist gemein, daß sie
die zunächst,
d. h. kurz nach dem Auftragen des zweiten Materials zur Ausbildung
des Abdichtelements, vorhandene klar definierte Geometrie des Abdichtelements
auflösen. Nach
dem Umspritzen des nicht ausge härteten
Abdichtelements existiert keine geometrisch klare Grenzfläche mehr
zwischen Wandelement und Abdichtelement.
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Dieses
Fehlen einer geometrisch klar definierten Grenzfläche führt zu dem
Vorteil, daß die
Entstehung von Spalten und damit Undichtigkeiten zwischen Wandelement
und Abdichtelement bedingt durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der
beiden unterschiedlichen Materialien unterbunden wird. Das Ergebnis
ist eine ausgezeichnete und insbesondere auch gegenüber äußeren Einflüssen, insbesondere
Temperaturschwankungen robuste Abdichtung. Zudem ist die Baueinheit – wie bereits
erwähnt – kostengünstig herstellbar.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung ist die Baueinheit als Gehäuse zur
Aufnahme einer elektrischen, elektronischen oder mechatronischen
Komponente ausgebildet. Besonders bevorzugt umgibt das Abdichtelement
auch die Komponente vollständig,
und bildet das Wandelement das Gehäuse, wobei die zumindest eine
Leitung von außen
in das Wandelement eindringt und bis zu der Komponente verläuft. Bevorzugt
ist die Leitung als elektrische, fluidische und/oder wärmeleitende
Leitung ausgebildet. Besonders bevorzugt ist ein elektrischer Leiter
als Leitung vorgesehen, der eine elektrische Verbindung durch das
Wandelement hindurch schafft.
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Gerade
im Bereich der Herstellung von elektrischen Verbindungen, bspw.
Steckkontakten, und gekapselten elektrischen, elektronischen oder
mechatronischen Komponenten hat sich die Erfindung als besonders
vorteilhaft herausgestellt, da einerseits die hohen Anforderungen
an die Abdichtungsqualität erfüllt wer den
können
und andererseits kostengünstige,
bisher schwer abzudichtende Stanzteile als elektrische Leiter einsetzbar
sind.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung ist das erste Material ein Thermoplast,
vorzugsweise PBT, und/oder das zweite Material ein reaktives Polymergemisch,
vorzugsweise ein Reaktionskleber.
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Wie
zuvor bereits ausgeführt,
ist die Verwendung eines reaktiv vernetzenden Materials besonders
vorteilhaft, da dieses Material einerseits sehr gute Hafteigenschaften,
insbesondere auf metallischen Oberflächen und auf thermoplastischen
Materialien besitzt und andererseits temperaturstabil und robust
gegenüber
unterschiedlichsten Medien ist.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die
Erfindung wird nun anhand von zwei Ausführungsbeispielen mit Bezug
auf die Zeichnung näher
erläutert.
Dabei zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Baueinheit;
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1b eine
schematische Schnittdarstellung der in 1a gezeigten
Baueinheit;
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1c einen
Ausschnitt eines Bereichs der in 1b gezeigten
Baueinheit;
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2a–2c einen
Steckkontakt in perspektivischer Ansicht in drei Herstellungsstadien
zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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3 eine
schematische Darstellung des in 2c gezeigten
Steckers im Längsschnitt;
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4a eine
perspektivische teilweise aufgebrochene Darstellung einer modifizierten
Baueinheit, die eine elektrische Baugruppe enthält; und
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4b eine
Schnittdarstellung der in 4a gezeigten
Baueinheit.
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In 1 ist eine Baueinheit mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet.
Es handelt sich hierbei um eine abstrakte Darstellung, die alleine
zur Erläuterung
der Erfindung dient. Diese Baueinheit 10 steht stellvertretend
für eine
Vielzahl von unterschiedlichen Bauelementen, die alle im wesentlichen
den gleichen Aufbau haben. So kann die Baueinheit 10 bspw.
einen elektrischen Stecker, ein Gehäuse mit einer elektrischen
Baueinheit aber auch einen in einem Kunststoffgehäuse aufgenommenen
Schließzylinder
eines Kraftfahrzeugs darstellen. Die vorliegende Erfindung selbst
ist auf kein konkretes Bauelement eingeschränkt.
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Die
Baueinheit 10 umfaßt
ein Wandelement 12, das einen Durchgang 13 aufweist.
Dieser Durchgang 13 kann eine beliebige Geometrie aufweisen und
dient dazu, die Durchführung
einer Leitung 20 durch das Wandelement 12 hindurch
zu ermöglichen. Das
Wandelement 12 kann bspw. Teil eines Gehäuses oder
das Gehäuse
selbst sein.
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Auch
die Leitung 20 ist abstrakt zu sehen, und soll eine Vielzahl
von unterschiedlichen Bauelementen repräsentieren. So kann die Leitung 20 bspw. eine
Schlauchleitung sein, die durch das Wandelement 12 hindurchgeführt werden
soll. Die Leitung 20 kann aber auch als elektrische Leiterbahn
mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet sein. Material, Länge und
Querschnittsgeometrie der Leitung 20 spielen im Hinblick
auf die Erfindung keine Rolle.
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Innerhalb
des Durchangs 13 des Wandelements 12 ist ein Abdichtelement 30 vorgesehen.
Aus Übersichtlichkeitsgründen ist
dieses Abdichtelement 30 an den Rändern mit einer Schraffur versehen.
Das Abdichtelement 30 weist die gleiche Geometrie wie der
Durchgang 13 auf. Es versteht sich, daß das Abdichtelement 30 nicht
auf die gezeichnete rechteckige Form beschränkt ist. Vielmehr kann das
Abdichtelement 30 jede beliebige Form aufweisen. Wie sich aus
der nachfolgenden Beschreibung noch ergibt, wird die Form des Durchgangs 13 zumindest
im Bereich des Abdichtelements 30 durch dessen Form bestimmt.
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Das
Abdichtelement 30 umschließt einerseits die Leitung 20 in
einem Längsabschnitt 22 und entlang
des gesamten Umfangs vollständig.
Andererseits haftet das Abdichtelement an der Innenfläche des
Durchgangs 13. Damit ergibt sich eine Abdichtung des Durchgangs 13 von
der vorderen Seite des Wandelements 12 zu dessen hinterer
Seite.
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Das
Wandelement 12 ist vorzugsweise aus einem Thermoplast hergestellt.
Das ausgewählte Material
muß so
beschaffen sein, daß ein
formstabiles hartes Wandelement ausbildbar ist. Demgegenüber ist
das Abdichtelement 30 vorzugsweise aus einem reaktiven
Polymergemisch, insbesondere einem Reaktionskleber gebildet, der
besonders gute Hafteigenschaften insbesondere auf Metall besitzt.
Das reaktiv vernetzende Polymergemisch muß in der Lage sein, an der
Oberfläche
der Leitung 20 zu haften und dort eine gute Abdichtung
zu gewährleisten.
Ferner muß das
Polymergemisch auch in der Lage sein, eine gute Verbindung mit dem
Thermoplast des Wandelements 12 einzugehen. Selbstverständlich sind auch
duroplastische Materialien verwendbar.
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In 1a ist – in Längsrichtung
der Leitung 20 gesehen – vor und hinter dem Abdichtelement 30 ein Übergangsbereich 60 gezeigt,
der aus Übersichtlichkeitsgründen mit
einer Doppelschraffur markiert ist. Ebenfalls aus Übersichtlichkeitsgründen wurde auf
die Einzeichnung entsprechender Übergangsbereiche
an den übrigen äußeren Flächen des
Abdichtelements 30 verzichtet. Der Übergangsbereich 60 umgibt
jedoch das Abdichtelement 30 vollständig.
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Bei
dem vorgenannten Übergangsbereich 60 handelt
es sich um einen Bereich, in dem sich das thermoplastische Material
des Wandelements 12 mit dem Material des Abdichtelements 30 vermischt
hat, wobei die Konzentrationen der beiden Materialien in diesem
Bereich variieren.
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In 1b ist
die beschriebene Baueinheit 10 im Querschnitt dargestellt.
Deutlich zu erkennen ist das Abdichtelement 30 (schraffiert
dargestellt), das in dem Durchgang 13 vorgesehen ist. Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist der Durchgang 13 sowohl zu einer Rückseite 14 als auch
zu einer Vorderseite 16 des Wandelements 12 geschlossen
ausgebildet. Das heißt,
daß an
einer der Rückseite 14 und
der Vorderseite 16 zugewandten Stirnfläche 31 des Abdichtelements 30 eine
Fläche
des Wandelements 12 anliegt. Lediglich eine dem Querschnitt
der Leitung 20 entsprechende Öffnung 15 ist vorgesehen,
so daß die Leitung 20 weiterhin
das Wandelement durchlaufen kann. Diese "Einkapselung" des Abdichtelements 30 hat
den Vorteil, daß das
Abdichtelement 30 vor äußeren Einflüssen geschützt wird.
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Ferner
ist in 1b der mit einer Doppelschraffur
markierte Übergangsbereich 60 deutlich
zu erkennen. Dieser Übergangsbereich 60 umgibt
das Abdichtelement 30 vollständig. In diesem Übergangsbereich 60 ist
sowohl Material des Wandelements 12, also vorzugsweise
ein thermoplastisches Material, als auch Material des Abdichtelements 30, also
vorzugsweise ein duroplastisches Material, vorhanden. Die Konzentration
des Materials für
das Wandelement 12 und das Abdichtelement 30 nimmt typischerweise
zum Wandelement 12 bzw. zum Abdichtelement 30 hin
zu.
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Eine
Alternative zu dem Übergangsbereich 60 ist
in 1c dargestellt, wobei die bereits bekannten Bezugszeichen
für gleiche
Teile verwendet werden. Auch bei dieser Alternative ist ein Übergangsbereich 60' vorhanden,
der jedoch einen anderen Aufbau als der Übergangsbereich 60 aufweist.
Anstelle einer Materialmischung ist der Übergangsbereich 60' durch Materialverformun gen 61 an
der Oberfläche des
Abdichtelements 30 definiert. Diese Verformungen 61 entstehen
dadurch, daß Material
des Wandelements 12 beim Umspritzen des Abdichtelements 30 stellenweise
in dieses eindringt oder Material des Abdichtelements verdrängt. Das
Abdichtelement 30 verliert – wie auch in dem in 1b gezeigten
Fall – eine geometrisch
klar definierte Grenzfläche,
die in 1c gestrichelt angedeutet und
mit dem Bezugszeichen 62 gekennzeichnet ist.
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Nachfolgend
wird mit Bezug auf die 2 das Verfahren
zur Herstellung einer solchen Baueinheit 10 anhand einer
konkreten Baueinheit, nämlich einem
Stecker 110, beschrieben.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
weist der Stecker 110 ein Gehäuse 112 auf, das einen Durchgang 113 umfaßt. Innerhalb
des Durchgangs 113 sind Steckkontakte 120 vorgesehen,
die den Durchgang 113 durchgreifen und an der Rückseite 114 des
Steckers 110 zum Anschluß an eine elektrische Komponente
frei liegen. Dieser Stecker 110 ist in 2c dargestellt.
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Zur
Herstellung des Steckers 110 werden zunächst die Steckkontakte 120 hergestellt.
Wie sich aus 2a ergibt, werden im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
drei Leiterbahnen 121 aus einem elektrisch leitfähigen Material,
bspw. Kupfer, ausgestanzt und zueinander ausgerichtet positioniert.
Die länglichen
Leiterbahnen 121 weisen einen ersten, als Steckabschnitt 123 bezeichneten
Längsabschnitt auf,
gefolgt von einem zweiten, als Dichtabschnitt 122 bezeichneten
Längsabschnitt
und einem dritten als Anschlußabschnitt 124 bezeichneten
Längsabschnitt.
Die Leiterbahnen 121 erstrecken sich im Steckabschnitt 123 als
auch im Anschlußabschnitt 124 parallel
zueinander, wobei der Abstand zueinander im Steckabschnitt 123 größer als
im Anschlußabschnitt 124 ist.
Im mittleren Dichtabschnitt 122 weisen die Leiterbahnen 121 eine
vergrößerte Oberfläche auf,
die mit kleinen Löcher 126 versehen
ist.
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Die
so ausgerichteten Leiterbahnen 121 werden anschließend im
Bereich des Dichtabschnitts 122 mit einem Duroplast umspritzt
bzw. umhüllt,
um ein Abdichtelement 130 auszubilden. Wie in 2b gezeigt,
umgibt dieses quaderförmige
Abdichtelement 130 den Dichtabschnitt 122 jeder
Leiterbahn 121 vollständig,
d. h. über
jeweils die gesamte Umfangsfläche.
Zum Aufbringen des Abdichtelements 130 wird das bekannte
Spritzgießverfahren
verwendet, so daß auf
den Spritzgießvorgang
selbst nicht weiter eingegangen werden muß. Selbstverständlich sind
auch andere Verfahren denkbar.
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Durch
die vergrößerte Oberfläche der
Leiterbahnen 121 im Dichtabschnitt 122 ergibt
sich ein sehr stabiler kipp- und drehfester Halt innerhalb des Dichtelements 130.
Zusätzlich
sorgen die Öffnungen 126 auch
für einen
guten Halt in Längsrichtung.
Die vergrößerte Oberfläche kann
auch zum Anbringen elektrischer Bauelemente, bspw. Kondensatoren,
dienen.
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Noch
bevor das Abdichtelement 130 ausgehärtet ist, d. h. in einem Zustand,
in dem das Abdichtelement zwar handhabbar aber an der Oberfläche noch
verformbar oder mit dem ersten Material mischbar ist, wird diese
Baugruppe in eine zweite Kavität gelegt,
um das Gehäuse 112 auszubilden.
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Dieses
Gehäuse 112 wird
ebenfalls im Wege des Spritzgießens
hergestellt (auch hier sind andere Verfahren, wie Aufsprühen oder
Aufdispensern denkbar), wobei die Spritzgußform so gewählt wird,
daß das
Abdichtelement 130 vollständig umspritzt werden kann.
Da das Abdichtelement 130 beim Umspritzen noch nicht ausgehärtet ist,
vermischt sich das noch nicht ausgehärtete Material des Abdichtelements 130 mit
dem Material des Gehäuses 112.
Es entsteht so der zuvor erläuterte Übergangsbereich 60.
Darüber
hinaus verursacht das in die Spritzgußform hinein gedrückte thermoplastische
Material Verformungen an der Oberfläche des Abdichtelements 130,
die insbesondere im Bereich von Einspritzkanälen entstehen. Auch diese Verformungen 61,
wie sie in 1c beispielhaft dargestellt
sind, definieren den Übergangsbereich 60.
Der Übergangsbereich 60 kann
also sowohl Zonen aufweisen, in denen sich thermoplastisches Material
mit duroplastischem Material vermischt hat, als auch Zonen, in denen
das thermoplastische Material die Oberfläche des Abdichtelements 130 verformt
hat. Auch die Kombination beider Fälle ist möglich.
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Sobald
der im zweiten Spritzguß-Schritt
verwendete Thermoplast erstarrt ist, ist der Stecker 110, wie
in 2c dargestellt, fertig.
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Wie
sich aus der Schnittdarstellung in 3 ergibt,
liegt der Steckabschnitt 123 innerhalb des Durchgangs 113 des
Gehäuses 112,
so daß durch Einstecken
einer entsprechenden Steckerbuchse ein elektrischer Kontakt hergestellt
werden kann. Deutlich zu erkennen ist das Abdichtelement 130,
das von dem Gehäuse 112 vollständig umgeben
ist und damit vor äußeren Einflüssen geschützt ist.
Darüber
hinaus ist auch der Übergangsbereich 60 zu
erkennen, der das Abdichtelement 130 umgibt.
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Es
zeigt sich also, daß die
Herstellung eines solchen Steckers 110 mit sehr wenigen
Herstellungsschritten durchführbar
ist. Insbesondere muß das notwendige
Abdichtelement nicht wie bisher nach dessen Fertigung auf die Leiterbahnen
aufgebracht werden. Vielmehr erfolgt die Herstellung des Abdichtelements
und dessen Aufbringen auf die Leiterbahnen in einem Schritt.
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Der
Einsatz eines duroplastischen Materials, vorzugsweise eines Epoxidharzes,
für das
Abdichtelement ist besonders vorteilhaft, da ein Polymergemisch,
insbesondere ein Reaktionskleber, sehr gute Hafteigenschaften, insbesondere
auf Metall, besitzt. Damit läßt sich
eine Abdichtung hoher Qualität
zwischen der Leitung, im vorliegenden Fall den Leiterbahnen 121 und
dem Abdichtelement 130 erzielen. Durch die Ausbildung eines Übergangsbereichs
zwischen Abdichtelement und Gehäuse
kann auch dieser hinsichtlich der Abdichtung bisher kritische Bereich
entschärft
werden, so daß auch
hier eine sichere und dauerhafte Abdichtung gewährleistet ist. Entscheidend
für die
Ausbildung dieses Übergangsbereichs
ist dabei, daß das
Abdichtelement noch vor dem Aushärten
umspritzt wird.
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Eine
zweite Ausführungsform
einer Baueinheit 210 ist in 4a, 4b gezeigt.
Zur Vereinfachung wurden gleiche Elemente wie in 1 mit
den um eine "2" als Vorziffer ergänzten Bezugszeichen bezeichnet,
so daß auf
die detaillierte Beschreibung der 1 verwiesen
werden kann.
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Die
Baueinheit 210 umfaßt
ein Gehäuse 211 mit
einer darin aufgenommenen elektrischen Baugruppe 270. Das
Gehäuse 211 ist
alleine aus dem Wandelement 212 gebildet. Das Wandelement 212 umgibt
auch bei dieser Ausführungsform
das Abdichtelement 230 vollständig. Die elektrische Baugruppe 270,
die bspw. aus einer gedruckten Schaltung mit einem IC, Widerstände etc.
besteht, ist von dem Abdichtelement 230 vollständig umgeben,
d. h., daß die Baugruppe
vollständig
mit dem zweiten Material umspritzt ist.
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Die
elektrische Verbindung der eingekapselten Baugruppe 270 erfolgt
mit elektrischen Leiterbahnen 221, die das Abdichtelement
und das Wandelement 212 durchlaufen und außerhalb
des Gehäuses 211 zum
Anschluß freiliegen.
Es versteht sich, daß die
elektrischen/elektronischen Bauelemente alternativ direkt auf den
Leiterbahnen aufgebracht werden könnten, so daß das zusätzliche
Substrat, wie in 4a gezeigt, entfällt.
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In 4a und 4b ist
zumindest stellenweise auch der Übergangsbereich 60 zu
erkennen, der sich während
des Umspritzens des Abdichtelements 230 – wie bereits
erläutert – mit dem
ersten Material ergibt. In diesem Übergangsbereich 60 ist die
Oberfläche
des Abdichtelements verformt oder das Material des Abdichtelements
hat sich mit dem ersten Material in einer äußersten Schicht des Abdichtelements
vermischt.
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Auch
diese Ausführungsform
profitiert von der guten Abdichteigenschaft des Übergangbereichs und des zweiten
Materials, das an der Leitung haftet. Darüber hinaus kommt die Baugruppe 270 nicht
in direkten Kontakt mit dem Material des Gehäuses 211 bzw. des
Wandelements 212. Dies hat insbesondere bei der Herstellung
Vorteile, da die Komponente beim Umspritzen mit dem ersten Material
gegen thermische, mechanische und/oder chemische Wechselwirkungen
geschützt
ist. Ferner dient das Abdichtelement während der Anwendung als Moderatorschicht insbesondere
im Hinblick auf Temperaturschwankungen.
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Am
Ende sei nochmals angemerkt, daß die Erfindung
nicht auf den in den 2 und 3 dargestellten
Stecker oder die in 4a und 4b gezeigte
Baueinheit beschränkt
ist. Vielmehr ist die Erfindung zur Herstellung unterschiedlichster
Baueinheiten einsetzbar.