DE102019210252A1

DE102019210252A1 - Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Baugruppe und Spritzgießwerkzeug

Info

Publication number: DE102019210252A1
Application number: DE102019210252.2A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Fano; Peter Rühle
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2019-07-11
Filing date: 2019-07-11
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2039-07-12
Also published as: DE102019210252B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Baugruppe vorgeschlagen, wobei die Baugruppe ein spritzgegossenes Gehäuseteil und eine beim Spritzgießen in das Gehäuseteil eingebettete elektromechanische Anschlussbaugruppe (18) aufweist. Die Anschlussbaugruppe (18) besteht aus einem ersten und zweiten Anschlussteil (22, 23), die durch Umformen elektrisch leitend fest miteinander verbunden werden. Der Umformvorgang findet vor dem Spritzgießvorgang innerhalb des zum Spritzgießen des Gehäuseteils verwendeten Spritzgießwerkzeuges (55) statt und erfolgt unmittelbar durch das Spritzgießwerkezeug (55) selbst. Es wird ferner ein zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignetes Spritzgießwerkzeug (55) vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Baugruppe, die ein aus Kunststoff bestehendes, in einem Spritzgießwerkzeug spritzgegossenes Gehäuseteil und eine elektromechanische Anschlussbaugruppe aufweist, wobei die elektromechanische Anschlussbaugruppe durch beim Spritzgießen des Gehäuseteils erfolgendes Umspritzen zumindest partiell in den Kunststoff des Gehäuseteils eingebettet wird und zwei metallische erste und zweite Anschlussteile aufweist, zwischen denen eine durch Umformen erzeugte, elektrisch leitende feste Verbindung vorliegt. Die Erfindung betrifft ferner ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Spritzgießwerkzeug.
Eine in der EP 2 980 923 A1 beschriebene Automatisierungsbaugruppe enthält eine elektrische Baugruppe der vorgenannten Art, die über ein haubenförmiges Gehäuseteil und eine an diesem Gehäuseteil fixierte elektromechanische Anschlussbaugruppe verfügt. Die Anschlussbaugruppe hat ein als elektrisch leitendes Schirmblech ausgebildetes erstes Anschlussteil, das bei der Spritzgießherstellung des Gehäuseteils von dem für die Herstellung des Gehäuseteils verwendeten Kunststoff derart umspritzt wird, dass sich ein für eine Masseanbindung geeigneter Erdungsanschluss ergibt. Das erste Anschlussteil hat zwei ringförmige Öffnungen, in denen jeweils ein hülsenförmiges zweites Anschlussteil fixiert ist, bei dem es sich um einen Befestigungseinsatz für einen Datenanschluss handelt. Bei der Herstellung der elektrischen Baugruppe werden in dem Gehäuseteil mit den ringförmigen Öffnungen des ersten Anschlussteils fluchtende Löcher ausgespart, durch die hindurch nach der Spritzgießherstellung des Gehäuseteils die Befestigungseinsätze in die ringförmigen Öffnungen des zuvor umspritzten ersten Anschlussteils eingepresst werden. Durch dieses Einpressen werden die Befestigungseinsätze mit dem Erdungsanschluss zur Ausbildung einer elektromechanischen Anschlussbaugruppe elektrisch leitend fest verbunden. Mit einer solchen Herstellung ist der Vorteil verbunden, dass eine Erdungsmöglichkeit geschaffen ist, obwohl das Gehäuseteil der elektrischen Baugruppe aus einem Kunststoff gefertigt ist. Allerdings besteht Bedarf an einer Kostenreduzierung bei der Herstellung der elektrischen Baugruppe.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Maßnahmen vorzugschlagen, die eine besonders kostengünstige Herstellung einer elektrischen Baugruppe ermöglichen, in der ein aus Kunststoff bestehendes Gehäuseteil und eine elektromechanische Anschlussbaugruppe zusammengefasst sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das die feste Verbindung zwischen den beiden Anschlussteilen der elektromechanischen Anschlussbaugruppe hervorrufende Umformen vor dem das Gehäuseteil erzeugenden Spritzgießvorgang innerhalb des zum Spritzgießen des Gehäuseteils verwendeten Spritzgießwerkzeuges und dabei durch das Spritzgießwerkzeug selbst erfolgt.
Auf diese Weise werden die Vorgänge des Zusammenfügens der beiden Anschlussteile zu der elektromechanischen Anschlussbaugruppe, der Fertigung des Gehäuseteils und der Integration der elektromechanischen Anschlussbaugruppe in das Gehäuseteil gemeinsam im Zusammenhang mit der Spritzgießfertigung des aus Kunststoff bestehenden Gehäuseteils durchgeführt. Das feste Verbinden der beiden elektrisch leitenden Anschlussteile durch ein Umformverfahren erfolgt vor dem Spritzgießen des Gehäuseteils innerhalb des Spritzgießwerkzeuges und dabei unmittelbar durch das Spritzgießwerkzeug selbst. Somit erübrigt sich ein dem Einlegen der beiden Anschlussteile in das Spritzgießwerkzeug vorausgehender Fügevorgang zur Bereitstellung der elektromechanischen Anschlussbaugruppe. Ebenso erübrigt sich ein nachträgliches Verbinden der beiden Anschlussteile nach dem Herausnehmen des spritzgegossenen Gehäuseteils aus dem Spritzgießwerkzeug. Da beim Spritzgießen des Gehäuseteils durch den vorausgegangenen Umformvorgang die elektromechanische Anschlussbaugruppe bereits hergestellt ist und die darin vereinigten Anschlussteile fest miteinander verbunden sind, besteht zudem eine große Freiheit hinsichtlich der Auswahl der Abschnitte der Anschlussbaugruppe, die zur gehäuseseitigen Fixierung bei der Spritzgießfertigung des Gehäuseteils umspritzt und dadurch in den Kunststoff des Gehäuseteils eingebettet werden. Die zum Umformen angewandte Verfahrenstechnik ist eine der bekannten Umformtechniken und orientiert sich insbesondere an der gewünschten Formgebung der elektromechanischen Anschlussbaugruppe. Beispielsweise kann das Umformen durch Tiefziehen und/oder Biegen und/oder Pressen erfolgen. Als besonders vorteilhaft wird ein Umformen durch Verstemmen angesehen. Der eigentliche Umformvorgang kann sich auf nur eines der beiden Anschlussteile oder auf beide Anschlussteile beziehen. Bei dem Umformen wird eine gezielte Formänderung durchgeführt, die mit einer plastischen Verformung des metallischen Werkstoffes des umgeformten Anschlussteils einhergeht. Insgesamt lässt sich die elektrische Baugruppe durch das erfindungsgemäße Verfahren mit nur wenigen Prozessschritten äußerst kostengünstig durchführen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Das die feste Verbindung zwischen den Anschlussteilen herbeiführende Umformen wird zweckmäßigerweise unmittelbar beim Schließen des Spritzgießwerkzeuges mittels sich dabei relativ zueinander bewegender Werkzeugkomponenten des Spritzgießwerkzeuges durchgeführt. Auf diese Weise wird der Umformvorgang synchron mit dem Schließvorgang des Spritzgießwerkzeuges ausgeführt. Somit wird zum fügenden Umformen der beiden Anschlussteile nicht mehr Zeit benötigt als sowieso erforderlich ist, um das Spritzgießwerkzeug vor dem anschließenden Spritzgießen des Gehäuseteils zu schließen. Die erforderliche Umformkraft wird über die zum Schließen des Spritzgießwerkzeuges eingeleitete Schließkraft aufgebracht. Über die zum Schließen des Spritzgießwerkzeuges erforderlichen Antriebsmaßnahmen hinaus sind zweckmäßigerweise keine weiteren, gesonderten Antriebsmaßnahmen erforderlich.
Zur Durchführung des Verfahrens wird zweckmäßigerweise ein Spritzgießwerkzeug verwendet, das mehrere zur wahlweisen Vorgabe eines offenen oder eines geschlossenen Werkzeugzustandes relativ zueinander bewegbare Werkzeugkomponenten aufweist, wobei das Spritzgießwerkzeug in dem geschlossenen Werkzeugzustand einen die Gestalt des durch Spritzgießen herzustellenden Gehäuseteils vorgebenden Spritzgießraum begrenzt, der in dem offenen Werkzeugzustand von außen her zugänglich ist.
In dem offenen Werkzeugzustand, also bei geöffnetem Spritzgießwerkzeug, werden die beiden zu der elektromechanischen Anschlussbaugruppe zu vereinigenden Anschlussteile in einer vorbestimmten Zuordnung in den Spritzgießraum eingelegt. Beim anschließenden Schließen des Spritzgießwerkzeuges, also beim Ausführen einer Relativbewegung zwischen den Werkzeugkomponenten zum Erhalt des geschlossenen Werkzeugzustandes, wird mindestens eines der beiden Anschlussteile so umgeformt, dass die angestrebte, elektrisch leitende feste Verbindung entsteht.
Bevorzugt wird zur Ausbildung der festen Verbindung zwischen den beiden Anschlussteilen nur eines dieser beiden Anschlussteile durch das Spritzgießwerkzeug umgeformt. Auf diese Weise werden unter anderem nur relativ geringe Umformkräfte benötigt. Grundsätzlich kann das Umformen aber auch mit einer plastischen Formänderung beider Anschlussteile einhergehen.
Das Umformen wird bevorzugt so durchgeführt, dass sowohl eine kraftschlüssige als auch eine formschlüssige feste Verbindung zwischen den beiden Anschlussteilen hergestellt wird. Dies bietet eine besonders hohe Verbindungssicherheit und garantiert auch unter ungünstigen Einsatzbedingungen der elektrischen Baugruppe eine dauerhaft sichere elektrisch leitende Verbindung zwischen den Anschlussteilen.
Wie eingangs schon angeklungen ist, wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die beiden Anschlussteile bei dem Umformvorgang miteinander verstemmt werden. Hierbei wird insbesondere mindestens ein Randbereich mindestens eines der Anschlussteile derart gezielt verformt, dass die beiden Anschlussteile kraftschlüssig miteinander verspannt und zugleich formschlüssig aneinander abgestützt sind.
Zur Durchführung des Verfahrens werden zweckmäßigerweise zwei besonders gestaltete erste und zweite Anschlussteile bereitgestellt. Das erste Anschlussteil hat einen ringförmigen ersten Verbindungsabschnitt, der eine kreisförmige Durchbrechung umrahmt, und das zweite Anschlussteil hat einen ringförmigen zweiten Verbindungsabschnitt, der einen an den Innendurchmesser der Durchbrechung des ersten Verbindungsabschnittes angepassten Außendurchmesser hat. Vorzugsweise entspricht dieser Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Durchbrechung. Vor dem Spritzgießen werden die beiden Anschlussteile so in das Spritzgießwerkzeug eingelegt, dass sich der an dem zweiten Anschlussteil ausgebildete zweite Verbindungsabschnitt koaxial durch die Durchbrechung des an dem ersten Anschlussteil ausgebildeten ersten Verbindungsabschnittes hindurch erstreckt. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der ringförmige zweite Verbindungsabschnitt hülsenartig gestaltet ist und insbesondere eine axiale Länge hat, die größer ist als die Wanddicke. Anschließend wird durch das Spritzgießwerkzeug der zweite Verbindungsabschnitt zumindest partiell plastisch gezielt nach radial außen verformt, sodass er mit dem ersten Verbindungsabschnitt unter Ausbildung der elektromechanischen Anschlussbaugruppe verpresst wird. Bevorzugt erfolgt durch das Verformen ein Verstemmen der beiden Verbindungsabschnitte, sodass nicht nur eine kraftschlüssige Fixierung vorliegt, sondern gleichzeitig auch eine formschlüssige Fixierung in der Achsrichtung der Durchbrechung des ersten Verbindungsabschnittes.
Das an dem Umformvorgang beteiligte zweite Anschlussteil ist vorzugsweise insgesamt hülsenförmig gestaltet. Insbesondere an seinem radialen Außenumfang kann es dabei eine anwendungsspezifische Strukturierung haben, wobei es insbesondere in einem axialen Abstand zu dem zweiten Verbindungsabschnitt über ein Gewinde verfügt. Dieses Gewinde ist vorzugsweise ein Außengewinde, kann aber auch als ein Innengewinde ausgeführt sein. Anordnung und Ausgestaltung des Gewindes hängen vom Verwendungszweck des zweiten Anschlussteils innerhalb der elektrischen Baugruppe ab.
Nachdem in dem Spritzgießwerkzeug durch den Umformvorgang die beiden Anschlussteile fest verbunden wurden und somit die elektromechanische Anschlussbaugruppe hergestellt wurde, wird ein Kunststoff in das Spritzgießwerkzeug eingespritzt, aus dem entsprechend der Formgebung des Spritzgießwerkzeuges das angestrebte Gehäuseteil entsteht, wobei die Anschlussbaugruppe von dem das Gehäuseteil bildenden Kunststoff zumindest partiell umspritzt wird und auf diese Weise fest in das Gehäuseteil integriert wird. Das Ausmaß der Umspritzung, das heißt mit welchen Bereichen die Anschlussbaugruppe in das Kunststoffmaterial eingebettet wird, hängt insbesondere von der Funktion der Anschlussbaugruppe ab.
Bevorzugt wird die elektrische Baugruppe zur Verwendung als Gehäusedeckel eines elektrisch betriebenen Gerätes hergestellt. Dabei dient das Gehäuseteil hauptsächlich zum Verschließen einer Gehäuseöffnung und die elektromechanische Anschlussbaugruppe dient der elektrischen Kontaktierung des Gerätes. Bei dem elektrisch betriebenen Gerät handelt es sich insbesondere um ein elektrisch betätigbares Ventilgerät, das zur Fluidsteuerung eingesetzt wird. Ein solches Ventilgerät ist beispielsweise als ein elektrisch betätigbares Proportionalventil ausgebildet.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens bildet das erste Anschlussteil einen zum Anschließen eines Erdungsleiters dienenden Erdungsanschluss, während das zweite Anschlussteil Bestandteil eines elektrischen Steckverbinders ist. Der Steckverbinder ist beispielsweise männlich als Stecker oder weiblich als Steckbuchse ausgeführt. Über den Erdungsanschluss können beim Betrieb eines mit der elektrischen Baugruppe ausgestatteten elektrischen Gerätes eventuell auftretende Störspannungen abgeleitet werden. Über den elektrischen Steckverbinder werden beispielsweise elektrische Ansteuersignale oder elektronische Daten übertragen, wobei der Erdungsanschluss nutzbar ist, um durch Anschließen an Masse die elektromagnetische Verträglichkeit des Gerätes zu gewährleisten. Bevorzugt wird das erste Anschlussteil als Stanzteil oder als Stanzbiegeteil zur Verfügung gestellt.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Spritzgießwerkzeug gelöst, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist und das sich dadurch auszeichnet, dass es mehrere zur wahlweisen Vorgabe eines offenen oder eines geschlossenen Werkzeugzustandes relativ zueinander bewegbare Werkzeugkomponenten aufweist, wobei das Spritzgießwerkzeug in dem geschlossenen Werkzeugzustand einen die Gestalt des durch Spritzgießen herzustellenden Gehäuseteils vorgebenden Spritzgießraum begrenzt, in den mindestens ein zum Einspritzen von Kunststoff dienender Spritzgießkanal einmündet und der in dem offenen Werkzeugzustand zum Einlegen der beiden Anschlussteile von außen her zugänglich ist, wobei zumindest zwei beim Schließen des Spritzgießwerkzeuges relativ zueinander bewegbare erste und zweite Werkzeugkomponenten an ihrer dem Spritzgießraum zugewandten Innenseite jeweils einen Umformabschnitt aufweisen, wobei die beiden Umformabschnitte so angeordnet sind, dass sie beim Schließen des Spritzgießwerkzeuges auf mindestens eines der beiden zuvor in den Spritzgießraum eingelegten Anschlussteile eine Verformungskraft ausüben, durch die mindestens eines der Anschlussteile gezielt so umgeformt werden kann, dass es mit dem anderen Anschlussteil eine elektrisch leitende feste Verbindung eingeht.
Bei Verwendung eines solchen Spritzgießwerkzeuges können die beiden zur Realisierung der elektromechanischen Anschlussbaugruppe verwendeten Anschlussteile bei geöffneten Spritzgießwerkzeug in den dann zugänglichen Spritzgießraum so eingelegt werden, dass sie eine für den nachfolgend auszuführenden Umformvorgang geeignete räumliche Zuordnung haben. Beim anschließenden Schließen des Spritzgießwerkzeuges wirken die sich dabei relativ zueinander bewegenden Umformabschnitte der beiden Werkzeugkomponenten derart auf mindestens eines der zuvor eingelegten Anschlussteile ein, dass selbiges gezielt plastisch verformt wird und sich mit dem anderen Anschlussteil kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbindet.
Bevorzugt sind die beiden Umformabschnitte des Spritzgießwerkzeuges so ausgebildet und angeordnet, dass sie beim Schließen des Spritzgießwerkzeuges lediglich mit dem zweiten Anschlussteil, dessen Umformung hervorrufend, zusammenwirken. Die Umformabschnitte sind bevorzugt so gestaltet, dass das zweite Anschlussteil mit dem ersten Anschlussteil zur Erzielung einer sowohl kraftschlüssigen als auch formschlüssigen Verbindung verstemmt wird.
Bevorzugt weist ein an der ersten Werkzeugkomponente ausgebildeter erster Umformabschnitt einen Aufnahmestutzen auf, auf den beide Anschlussteile bei geöffnetem Spritzgießwerkzeug aufsteckbar sind und der eine Umformfläche aufweist, die in der Lage ist, auf mindestens eines der Anschlussteile umformend einzuwirken. An der zweiten Werkzeugkomponente ist ein zweiter Umformabschnitt ausgebildet, der eine Drückschulter aufweist, die beim Schließen des Spritzgießwerkzeuges auf eines der Anschlussteile drücken kann, um dieses Anschlussteil relativ zu dem Aufnahmestutzen entlang der ersten Umformfläche zu verschieben, woraus ein Umformvorgang resultiert.
Der zweite Umformabschnitt ist insbesondere so ausgebildet, dass er beim Schließen des Spritzgießwerkzeuges mit einer Abdichtwirkung an dem zu verformenden Anschlussteil anliegt, wobei diese dichte Anlage auch im geschlossenen Zustand des Spritzgießwerkzeuges und nach dem daraus resultierenden Umformen bestehen bleibt. Dadurch ist eine Barriere geschaffen, die ein Vorbeifließen des flüssigen Kunststoffes beim anschließenden Spritzgießvorgang verhindert.
Zweckmäßigerweise ist der zweite Umformabschnitt federnd vorgespannt, sodass er beim Schließen des Spritzgießwerkzeuges zum Ausgleichen von Fertigungstoleranzen nachgeben kann, wenn die ihn beaufschlagenden Kräfte eine vorbestimmte Schwelle überschreiten.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 in perspektivischer Darstellung ein mit der erfindungsgemäß hergestellten elektrischen Baugruppe ausgestattetes, elektrisch betriebenes Gerät,
2 das Gerät aus 1 in einem Längsschnitt gemäß Schnittlinie II-II in 1, wobei ein strichpunktiert umrahmter Ausschnitt separat auch nochmals vergrößert abgebildet ist,
3 die einen Bestandteil des elektrisch betriebenen Gerätes der 1 und 2 bildende elektrische Baugruppe in einem Längsschnitt entsprechend Schnittlinie II-II aus 1, wobei ein strichpunktiert umrahmter Ausschnitt separat auch nochmals vergrößert abgebildet ist,
4 in einer isometrischen Darstellung ein vorteilhaft ausgebildetes Spritzgießwerkzeug der erfindungsgemäßen Art, das verwendbar ist, um die aus 1 bis 3 ersichtliche elektrische Baugruppe unter Anwendung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens herzustellen,
5 einen Längsschnitt des Spritzgießwerkzeuges aus 4 entsprechend Schnittlinie V-V in 4, wobei gestrichelt eine Trennung des Spritzgießwerkzeuges in zwei relativ zueinander bewegbare Werkzeugkomponenten angedeutet ist,
6 bis 11 verschiedene Illustrationen zur Verdeutlichung eines vorteilhaften Verfahrensablaufes zur Herstellung der elektrischen Baugruppe mittels eines Spritzgießwerkzeuges der 4 und 5, wobei das Spritzgießwerkzeug jeweils nur teilweise abgebildet ist und wobei die 10 einen Längsschnitt gemäß Schnittlinie X-X aus 11 und die 11 einen Querschnitt gemäß Schnittlinie XI-XI aus 10 zeigt.

Die 1 und 2 zeigen ein elektrisch betriebenes Gerät 1, das mit einer elektrischen Baugruppe 2 ausgestattet ist, die in 3 auch nochmals separat abgebildet ist.
Das elektrisch betriebene Gerät 1 hat ein Gehäuse 3 mit einer Gehäusebasis 4 und einem an der Gehäusebasis 4 befestigten Gehäusedeckel 5, wobei der Gehäusedeckel 5 die elektrische Baugruppe 2 repräsentiert.
Der bevorzugt haubenförmig ausgebildete Gehäusedeckel 5 begrenzt zusammen mit der Gehäusebasis 4 einen Gehäuseinnenraum 6, in dem diverse Funktionskomponenten 7 des elektrischen Gerätes 1 untergebracht sind.
Gemäß dem illustrierten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem elektrischen Gerät 1 bevorzugt um ein zur Fluidsteuerung geeignetes, elektrisch betätigbaren Ventilgerät 1a. Als Funktionskomponenten 7 enthält das Ventilgerät 1a eine beispielsweise elektromagnetisch arbeitende Antriebseinrichtung 12 und mindestens ein durch die Antriebseinrichtung 12 in verschiedenen Schaltstellungen positionierbares bewegliches Ventilglied 11. Abhängig von der Schaltstellung des Ventilgliedes 11 werden die Gehäusebasis 4 durchsetzende Ventilkanäle 8 in einem ventilspezifischen Muster miteinander verbunden oder voneinander abgetrennt, um die Strömung eines Fluides zu steuern, beispielsweise die Strömung von Druckluft.
Das verkürzt auch nur als elektrisches Gerät 1 bezeichnete, elektrisch betriebene Gerät 1 ist entsprechend des Ausführungsbeispiels bevorzugt ein fluidtechnisches Gerät, kann aber ohne weiteres auch einer anderen Gerätegattung angehören, beispielsweise einem rein elektronischen Gerät, wobei es sich insbesondere um ein elektronisches Steuergerät handelt.
Das elektrische Gerät 1 hat einen elektrischen Steckverbinder 13. Der Steckverbinder 13 enthält mehrere Steckkontakte 14, die exemplarisch stiftförmig ausgebildet sind, sodass der Steckverbinder 13 ein männlicher Stecker ist. Alternativ kann der Steckverbinder 13 auch weiblich als Steckbuchse ausgeführt sein. Die Steckkontakte 14 sind an einem aus Kunststoffmaterial bestehenden Sockelabschnitt 15 angebracht, der - gegebenenfalls zusammen mit weiteren elektrischen oder elektronischen Komponenten - auf einer Leiterplatte 16 sitzt. Die Leiterplatte 16 ist in dem Gehäuseinnenraum 6 an den Funktionskomponenten 7 befestigt, insbesondere an der bevorzugt vorhandenen elektrischen Antriebseinrichtung 12, mit der sie elektrisch kontaktiert ist.
Der elektrische Steckverbinder 13 gestattet die Einspeisung und/oder Ausgabe elektrischer Ströme, die beispielsweise als Steuersignale zur Ansteuerung des elektrischen Gerätes 1 und/oder als Rückmeldesignale zur Funktionsüberwachung und/oder zu Regelungszwecken ausgestaltet sind.
Die beispielhaft den Gehäusedeckel 5 ausbildende elektrische Baugruppe 2 hat ein haubenförmiges Gehäuseteil 17, das aus Kunststoff besteht, wobei es sich insbesondere um einen thermoplastischen Kunststoff handelt, der verstärkt oder unverstärkt ist. Jedenfalls handelt es sich um einen spritzgießfähigen Kunststoff.
Die elektrische Baugruppe 2 beinhaltet außerdem eine elektromechanische Anschlussbaugruppe 18, die zumindest partiell und exemplarisch nur partiell in den Kunststoff des Gehäuseteils 17 eingebettet ist, sodass sie mit dem Gehäuseteil 17 fest verbunden ist. Dieses feste Verbinden erfolgt bei der Spritzgießherstellung des Gehäuseteils 17 durch partielles Umspritzen der elektrischen Anschlussbaugruppe 18.
Die elektrische Anschlussbaugruppe 18 verfügt über wenigstens zwei gesondert voneinander ausgebildete erste und zweite Anschlussteile 22, 23, zwischen denen eine feste Verbindung vorliegt, durch die die beiden Anschlussteile 22, 23 sowohl mechanisch als auch elektrisch leitend miteinander verbunden sind, um die elektrische Anschlussbaugruppe 18 zu bilden. Beide Anschlussteile 22, 23 bestehen exemplarisch aus Metall, beispielsweise aus Stahl oder Kupfer.
Das zweite Anschlussteil 23 gehört exemplarisch zu dem elektrischen Steckverbinder 13. Es ist hülsenförmig ausgebildet und fungiert als eine Befestigungshülse 23a, an der ein mit dem elektrischen Steckverbinder 13 kontaktierter elektrischer Gegensteckverbinder, der in der Zeichnung nicht illustriert ist, an dem elektrischen Gerät 1 lösbar fixierbar ist. Im an der Gehäusebasis 4 montierten Zustand des Gehäusedeckels 5 ist die Befestigungshülse 23a auf den mit den Steckkontakten 14 versehenen Sockelabschnitt 15 aufgesteckt, was aus 2 gut ersichtlich ist. Ein über die Außenfläche 24 des Gehäuseteils 17 vorstehender hülsenförmiger Befestigungsabschnitt 25 der Befestigungshülse 23a ist zweckmäßigerweise mit einem Gewinde 26 versehen, an dem sich der angesteckte Gegensteckverbinder festschrauben lässt. Beispielhaft handelt es sich bei dem Gewinde 26 um ein Außengewinde.
Axial im Anschluss an den Befestigungsabschnitt 25 hat die das zweite Anschlussteil 23 repräsentierende Befestigungshülse 23a einen ringförmigen Verankerungsabschnitt 27, der in dem Gehäuseteil 17 fest verankert ist. Bevorzugt liegt hier eine formschlüssige Verankerung vor, die daraus resultiert, dass der Verankerungsabschnitt 27 an seinem Außenumfang in der Achsrichtung der Längsachse 28 des zweiten Anschlussteils 23 abgestuft ist. Der Verankerungsabschnitt 27 definiert an seinem radialen Außenumfang zweckmäßigerweise eine nach radial außen hin offene, zu der Längsachse 28 konzentrische ringförmige Verankerungsnut 32, in die das Kunststoffmaterial des Gehäusedeckels 5 formschlüssig eingreift.
Konkret hat das Gehäuseteil 17 eine Gehäusewand 33, die den Gehäuseinnenraum 6 begrenzt. Die Befestigungshülse 23a durchsetzt diese Gehäusewand 33 mit dem Verankerungsabschnitt 27, wobei der Befestigungsabschnitt 25 über die Außenfläche 24 vorsteht. An der dem Befestigungsabschnitt 25 axial entgegengesetzten Seite schließt sich an den Verankerungsabschnitt 27 koaxial ein ringförmiger zweiter Verbindungsabschnitt 35 an, der in den Gehäuseinnenraum 6 hineinragt. Die axiale Länge des ringförmigen zweiten Verbindungsabschnittes 35 ist zweckmäßigerweise geringer als seine Wanddicke, sodass er eine hülsenförmige Gestalt hat. Bevorzugt ist der zweite Hülsenabschnitt 35 ursprünglich, das heißt vor dem Verbinden mit dem ersten Anschlussteil 22, hohlzylindrisch ausgebildet. In dem aus den 1 bis 3 ersichtlichen zusammengefügten Zustand der beiden Anschlussteile 22, 23 hat der im Querschnitt ringförmige zweite Verbindungsabschnitt 35 zu seinem dem Verankerungsabschnitt 27 abgewandten freien Ende 36 hin bevorzugt eine sich konisch erweiternde Form.
Das sich aus dem Befestigungsabschnitt 25, dem Verankerungsabschnitt 27 und dem zweiten Verbindungsabschnitt 35 zusammensetzende zweite Anschlussteil 23, das exemplarisch als eine Befestigungshülse 23a ausgebildet ist, ist bevorzugt einstückig ausgebildet und besteht insbesondere aus Metall.
Die Gehäusewand 33 des beispielhaft haubenförmig ausgebildeten Gehäuseteils 17 hat einen im zusammengebauten Zustand des Gehäuses 3 einen der Gehäusebasis 4 in Achsrichtung einer Hochachse 37 mit Abstand gegenüberliegenden vorderen Wandabschnitt 33a, der sich quer zu der Hochachse 37 erstreckt, sowie einen sich randseitig einstückig an den vorderen Wandabschnitt 33a anschließenden, sich um die Hochachse 37 herum erstreckenden seitlichen Wandabschnitt 33b. Der Verankerungsabschnitt 27 des zweiten Anschlussteils 23 ist in den vorderen Wandabschnitt 33a eingebettet.
Eine isometrische Einzeldarstellung des zweiten Anschlussteils 23 ist aus 6 ersichtlich.
Das mit dem zweiten Anschlussteil 23 zu der elektrischen Anschlussbaugruppe 18 fest verbundene zweite Anschlussteil 22 hat wie das zweite Anschlussteil 23 elektrisch leitende Eigenschaften und besteht hierzu insbesondere ebenfalls aus einem Metall. Eine isometrische Einzeldarstellung des ersten Anschlussteils 22 in der vom Ausführungsbeispiel verwirklichten bevorzugten Formgebung ist aus 6 ersichtlich. Es handelt sich bei dem ersten Anschlussteil 22 zweckmäßigerweise um ein Stanzbiegeteil.
Die Funktion des ersten Anschlussteils 22 orientiert sich an der Art des elektrischen Gerätes 1. Somit kann es anwendungsspezifisch unterschiedliche Funktionen haben. Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel repräsentiert es ein Erdungsteil, das an einem Ende einen Erdungsanschluss 38 ausbildet, der eine Masseanbindung ermöglicht, um im Betrieb des elektrischen Gerätes 1 eventuell auftretende Störspannungen abzubauen. Bei dem illustrierten elektrischen Gerät 1 können dadurch insbesondere Schädigungen von auf der Leiterplatte 16 sitzenden elektronischen Bauteilen vermieden werden.
Das erste Anschlussteil 22 hat einen ringförmigen ersten Verbindungsabschnitt 34, der insbesondere die Form einer Ringscheibe hat und der koaxial auf dem zweiten Verbindungsabschnitt 35 sitzt. Der zweite Verbindungsabschnitt 35 durchgreift eine von dem ersten Verbindungsabschnitt 34 umrahmte kreisförmige Durchbrechung 42 und ist durch einen noch zu erläuternden Umformvorgang derart fest mit dem ersten Verbindungsabschnitt 34 verpresst, dass eine sowohl kraftschlüssige als auch in der Achsrichtung der Längsachse 28 des zweiten Anschlussteils 23 formschlüssige feste Verbindung zwischen den beiden Anschlussteilen 22, 23 vorliegt. Auf diese Weise sind die beiden Anschlussteile 22, 23 nicht nur mechanisch, sondern auch elektrisch leitend miteinander verbunden.
Der in der 3 enthaltene vergrößerte Detailausschnitt verdeutlicht, dass der ursprünglich hohlzylindrische zweite Verbindungsabschnitt 35 einen an den Innendurchmesser des ersten Verbindungsabschnittes 34 angepassten Außendurchmesser hat und mit einem kreiszylindrischen Außenumfangsabschnitt 43 an der ebenfalls kreiszylindrischen Innenumfangsfläche 44 des ersten Verbindungsabschnittes 34 radial anliegt. Bei dem noch zu erläuternden Umformvorgang wird der kreiszylindrische Außenumfangsabschnitt 43 mit der Innenumfangsfläche 44 radial verpresst. Daraus resultiert eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Verbindungsabschnitten 34, 35. Ein zusätzlicher axialer Formschluss resultiert daraus, dass ein sich axial an den zweiten Verbindungsabschnitt 35 anschließender ringförmiger Abstützbund 45 des zweiten Anschlussteils 23, der den zweiten Verbindungsabschnitt 35 radial überragt, an einer vorderen axialen Stirnfläche 46 des ersten Verbindungsabschnittes 34 anliegt und dass außerdem ein dem ringförmigen Abstützbund 45 axial entgegengesetzter ringförmiger freier Endabschnitt 48 des zweiten Verbindungsabschnittes 35, der aus dem ersten Verbindungsabschnitt 34 herausragt, nach radial außen umgebogen ist und mit der dem ringförmigen Abstützbund 45 abgewandten hinteren axialen Stirnfläche 47 des ersten Verbindungsabschnittes 34 verspannt ist.
Der ringförmige Abstützbund 45 gehört zweckmäßigerweise zu dem Verankerungsabschnitt 27 und definiert beim Ausführungsbeispiel eine dem Befestigungsabschnitt 25 zugewandte Nutflanke der Verankerungsnut 32. Die axial gegenüberliegende Nutflanke der Verankerungsnut 32 wird zweckmäßigerweise von einem zu dem ringförmigen Abstützbund 45 axial beabstandeten vorderen Ringbund 52 des zweiten Anschlussteils 23 definiert, der exemplarisch ebenfalls zu dem Verankerungsabschnitt 27 gehört und der zweckmäßigerweise flächenbündig mit der Außenfläche 24 abschließt. Sein Außendurchmesser ist bevorzugt kleiner als der Außendurchmesser des ringförmigen Abstützbundes 45.
Der ringförmige erste Verbindungsabschnitt 34 des ersten Anschlusselements 22 hat eine Längsachse 29, die mit der Längsachse 28 des zweiten Anschlussteils 23 zusammenfällt. Ein einstückig mit dem ersten Verbindungsabschnitt 34 ausgebildeter, beispielsweise laschenförmig gestalteter Anschlussabschnitt 53 ragt quer zu der Längsachse 29 von dem ersten Verbindungsabschnitt 34 weg und hat einen freien Endabschnitt, der den Erdungsanschluss 38 ausbildet. Der Erdungsanschluss 38 ist beispielhaft als ein Steckanschluss ausgebildet und hat die Form einer Kontaktfahne, an der ein Erdungskabel ansteckbar ist.
Das erste Anschlussteil 22 ist wie das zweite anschlussteil 23 partiell in den Kunststoff des Gehäuseteils 17 eingebettet. Exemplarisch äußert sich die Einbettung dadurch, dass der Anschlussabschnitt 53 zum Teil in der Gehäusewand 33 verläuft und von dieser Gehäusewand 33 umschlossen ist. Die Gehäusewand 33 hat allerdings im Bereich der Außenfläche 24 eine aus 1 ersichtliche Aussparung 45, an der der Erdungsanschluss 38 frei zugänglich herausragt, um das schon erwähnte Erdungskabel anschließen zu können. Exemplarisch befindet sich die Aussparung 54 im Übergangsbereich zwischen dem vorderen und seitlichen Wandabschnitt 33a, 33b.
Die vorstehenden Ausführungen verdeutlichen, dass die elektrische Baugruppe 2, bei der es sich bevorzugt um eine elektronische Baugruppe handelt, ein aus Kunststoff bestehendes Gehäuseteil 17 und eine in der Gehäusewand 33 des Gehäuseteils 17 fixierte elektromechanische Anschlussbaugruppe 18 aufweist. Das Gehäuseteil 17 wird durch Spritzgießen von Kunststoff in einem Spritzgießwerkzeug 55 erzeugt, das in seiner Gesamtheit in einer beispielhaften Ausführungsform in den 4 und 5 illustriert ist und von dem relevante Bestandteile auch in den 6 bis 11 zu sehen sind. Das partielle Einbetten der elektromechanischen Anschlussbaugruppe 18 in das Kunststoffmaterial des Gehäuseteils 17 erfolgt durch Umspritzen mit Kunststoff während des Spritzgießens, zu welchem Zweck die Anschlussteile 22, 23 der Anschlussbaugruppe 18 vor dem Spritzgießvorgang als Einlegeteile in dem Spritzgießwerkzeug 55 platziert werden.
Eine Besonderheit des nachfolgend noch mehr im Detail erläuterten Herstellungsverfahrens besteht darin, dass die beiden Anschlussteile 22, 23 im noch nicht fest miteinander verbundenen Zustand als voneinander getrennte Einzelteile in das Spritzgießwerkzeug 55 eingelegt werden und innerhalb des Spritzgießwerkzeuges 55 vor Ausführung des die Erzeugung des Gehäuseteils 17 bewirkenden Spritzgießvorganges und des daraus resultierenden Umspritzens durch ein Umformverfahren zu der elektromechanischen Anschlussbaugruppe 18 zusammengefügt werden. Dieses die beiden Anschlussteile 22, 23 fest miteinander verbindende Umformen wird innerhalb des Spritzgießwerkzeuges 55 durch das Spritzgießwerkzeug 55 selbst ausgeführt.
Das Spritzgießwerkzeug 55 hat mehrere Werkzeugkomponenten 56, 57, die mittels nicht weiter abgebildeter Antriebsmittel unter Ausführung einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Werkzeugbewegung 58 relativ zueinander bewegbar sind. Beispielhaft handelt es sich um zwei im Folgenden auch als erste Werkzeugkomponente 56 und als zweite Werkzeugkomponente 57 bezeichnete Werkzeugkomponenten, bei denen die relative Werkzeugbewegung 58 in der Achsrichtung einer strichpunktiert angedeuteten Werkzeughauptachse 62 erfolgt. Beispielhaft repräsentiert die erste Werkzeugkomponente 56 ein Werkzeugunterteil und die zweite Werkzeugkomponente 57 ein Werkzeugoberteil. Prinzipiell kann das Spritzgießwerkzeug 55 auch anders konzipiert sein und beispielsweise über mehr als zwei relativ zueinander bewegliche Werkzeugkomponenten 56, 57 verfügen. Üblicherweise ist die zweite Werkzeugkomponente 57 eine ortsfeste Komponente, sodass die Werkzeugbewegung 58 ausschließlich von der zweiten Werkzeugkomponente 57 ausgeführt wird.
In den 6 bis 10 sind die beiden Werkzeugkomponenten 56, 57 aus übersichtlichkeitsgründen jeweils nur teilweise abgebildet.
Durch die Werkzeugbewegung 58 können die beide Werkzeugkomponenten 56, 57 wahlweise so positioniert werden, dass entweder ein aus 4 und 5 ersichtlicher geschlossener Werkzeugzustand oder ein in 6 illustrierter offener Werkzeugzustand vorliegt. In dem geschlossenen Werkzeugzustand ist das Spritzgießwerkzeug 55 geschlossen und begrenzt in seinem Innern einen ringsum abgeschlossenen Hohlraum, der als Spritzgießraum 63 bezeichnet sei und der die Gestalt des durch Spritzgießen herzustellenden Gehäuseteils 17 vorgibt. Die Begrenzungsflächen des Spritzgießraumes 63 sind so geformt, dass sie quasi die Negativform des herzustellenden Gehäuseteils 17 definieren. In dem offenen Werkzeugzustand ist das Spritzgießwerkzeug 55 einschließlich des Spritzgießraumes 63 geöffnet, sodass der Spritzgießraum 63 zum Einlegen der beiden Anschlussteile 22, 23 von außen her zugänglich ist. Bei offenem Spritzgießwerkzeug 55 kann auch die zuvor darin gefertigte elektrische Baugruppe 2 entnommen werden.
In 5 ist gestrichelt der Trennbereich zwischen den beiden Werkzeugkomponenten 56, 57 angedeutet. Abgesehen vom Bereich des Spritzgießraumes 63 liegen hier die beiden Werkzeugkomponenten 56, 57 bei geschlossenem Spritzgießwerkzeug 55 aneinander an.
Die erste Werkzeugkomponente 56 definiert an ihrem den Spritzgießraum 63 begrenzenden Abschnitt einen Positionierbereich 65, in dem die beiden Anschlussteile 22, 23 bei geöffnetem Spritzgießwerkzeug 55 gemäß den Pfeilen 66 der 6 so positioniert werden können, dass anschließend eine die feste Verbindung hervorrufende Umformung stattfinden kann.
In dem Positionierbereich 65 hat die erste Werkzeugkomponente 56 exemplarisch eine Positionierfläche 67, auf die das erste Anschlussteil 22 auflegbar ist. Der Positionierfläche 67 sind Positionierstrukturen 68 geeigneter Art zugeordnet, die beispielsweise aus 10 ersichtlich sind und die dafür sorgen, dass das erste Anschlussteil 22 nur in einer vorbestimmten Position auflegbar ist, die der bezüglich des herzustellenden Gehäuseteils 17 einzunehmenden Relativposition entspricht. Zu den Positionierstrukturen 68 gehört auch ein in der Achsrichtung der Werkzeughauptachse 62 bezüglich der Positionierfläche 67 vorstehender Aufnahmestutzen 72, der im eingelegten Zustand des ersten Anschlussteils 22 die kreisförmige Durchbrechung 42 des ersten Verbindungsabschnittes 34 durchsetzt.
Der Aufnahmestutzten 72 fungiert auch als Positionierstruktur 68 für das hülsenförmige zweite Anschlussteil 23. Selbiges wird zum Positionieren in dem Spritzgießraum 63 mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 35 voraus koaxial auf den Aufnahmestutzen 62 aufgesteckt.
Die erste Werkzeugkomponente 56 hat in dem Positionierbereich 65 einen ersten Umformabschnitt 73. Die zweite Werkzeugkomponente 57 hat einen zweiten Umformabschnitt 74, der dem ersten Umformabschnitt 73 zweckmäßigerweise in der Achsrichtung der Werkzeughauptachse 62 gegenüberliegt. Der erste Umformabschnitt 73 ist an der dem Spritzgießraum 63 zugewandten Innenseite der ersten Werkzeugkomponente 56 angeordnet, während sich der zweite Umformabschnitt 57 an der dem Spritzgießraum 63 zugewandten Innenseite der zweiten Werkzeugkomponente 57 befindet. Die beiden Umformabschnitte 73, 74 sind so angeordnet, dass sie beim Schließen des Spritzgießwerkzeuges 55 auf das zweite Anschlussteil 23 eine in 10 durch Pfeile angedeutete Verformungskraft 75 ausüben, durch die das zweite Anschlussteil 23 gezielt so umgeformt wird, dass es mit dem ersten Anschlussteil 22 die angestrebte elektrisch leitende Verbindung eingeht.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gehört der Aufnahmestutzen 72 zu dem ersten Umformabschnitt 73, wobei er an seinem radialen Außenumfang eine zur Längsachse des Aufnahmestutzens 72 koaxiale ringförmige Umformfläche 77 aufweist. Die Umformfläche 77 hat einen sich von der zweiten Werkzeugkomponente 57 weg vergrößernden Durchmesser und ist bevorzugt konisch ausgebildet, wobei sie insbesondere einem Längenabschnitt der Mantelfläche eines Kegels entspricht. Bevorzugt ist die Umformfläche 77 bezogen auf die Längsachse 71 auf zumindest im Wesentlichen gleicher Höhe mit der Positionierfläche 67 angeordnet.
Die konische Umformfläche 77 hat einen dem freien Ende des Aufnahmestutzens 72 zugewandten vorderen Endbereich 78, dessen Durchmesser dem Innendurchmesser des unverformten hohlzylindrischen zweiten Verbindungsabschnittes 35 entspricht.
Der zweite Umformabschnitt 74 weist eine zu der Längsachse 71 koaxiale ringförmige Drückschulter 82 auf, die die Öffnung einer zu dem Spritzgießraum 63 hin offenen Ausnehmung 83 der zweiten Werkzeugkomponente 57 umrahmt. Durchmesser und axiale Tiefe der Ausnehmung 83 sind so gewählt, dass das auf den Aufnahmestutzen 72 aufgesteckte zweite Anschlussteil 23 mit seinem Befestigungsabschnitt 25 in voller Länge eintauchen kann.
Nachfolgend wird eine besonders vorteilhafte Verfahrensweise zur Herstellung der elektrischen Baugruppe 2 unter Verwendung des beschriebenen Spritzgießwerkzeuges 55 beschrieben.
Zunächst werden die beiden Anschlussteile 22, 23 als individuelle Bauteile getrennt voneinander bereitgestellt. Sie werden unabhängig voneinander gefertigt.
Ebenso wird das Spritzgießwerkzeug 55 bereitgestellt, das so vorbereitet ist, dass es im geschlossenen Werkzeugzustand den zur Umgebung hin dicht abgeschlossenen Spritzgießraum 63 definiert.
Gemäß 6 werden nacheinander zuerst das erste Anschlussteil 22 und dann das zweite Anschlussteil 23 in das geöffnete Spritzgießwerkzeug 55 eingelegt und in der schon beschriebenen Weise in dem Positionierbereich 65 positioniert. Die 7 zeigt einen Zustand mit eingelegtem ersten Anschlussteil 22, wobei das zweite Anschlussteil 23 noch nicht eingelegt ist. Die 8 zeigt einen Zustand, in dem bei weiterhin noch offenem Spritzgießraum 63 zusätzlich auch das zweite Anschlussteil 23 eingelegt ist. In diesem eingelegten Zustand durchgreift der Aufnahmestutzen 72 die Durchbrechung 42 und taucht koaxial in das hülsenförmige zweite Anschlussteil 23 ein. Die dabei von den beiden Anschlussteilen 22, 23 eingenommenen Positionen können als Bereitschaftspositionen bezeichnet werden.
Das zweite Anschlussteil 23 ist in seiner Bereitschaftsposition mit seinem noch unverformten, hohlzylindrischen zweiten Verbindungsabschnitt 35 auf den vorderen Endbereich 78 der konischen Umformfläche 77 aufgesteckt. Gleichzeitig taucht dieser zweite Verbindungsabschnitt 35 zumindest ein stückweit axial in die ringförmige Durchbrechung 42 des ersten Anschlussteils 22 ein. Dieser Zustand ist sowohl in den 8 und 9 illustriert.
Im Anschluss daran wird das Spritzgießwerkzeug 55 unter Ausführung einer Werkzeugbewegung 58 geschlossen. Die 9 und 10 zeigen zwei zeitlich aufeinanderfolgende Phasen der Schließbewegung, wobei sich die zweite Werkzeugkomponente 57 gemäß Pfeil 84 an die erste Werkzeugkomponente 56 annähert. Hierbei tauchen zunächst gemäß 9 der Befestigungsabschnitt 25 des als Befestigungshülse 23a ausgebildeten zweiten Anschlussteils 23 und der die Befestigungshülse 23a tragende Aufnahmestutzen 72 in die Ausnehmung 83 ein. Dabei nähert sich die Drückschulter 82 allmählich axial an den ihr in der Schließrichtung 84 vorgelagerten vorderen Ringbund 52 des zweiten Anschlussteils 23 an. Bevor das Schließwerkzeug 55 vollständig geschlossen ist, trifft die Drückschulter 82 auf den vorderen Ringbund 52 und schiebt das zweite Anschlussteil 23 auf den Aufnahmestutzen 72 in Richtung zur ersten Werkzeugkomponente 56. Diese Aufschiebebewegung endet, wenn gemäß 10 der ringförmige Abstützbund 45 an dem sich an der Positionierfläche 67 abstützenden zweiten Verbindungsabschnitt 35 des ersten Anschlussteils 22 axial zur Anlage gelangt ist.
Bei dem vorstehend geschilderten Verschieben des zweiten Anschlussteils 23 auf dem Aufnahmestutzen 42 findet der schon angesprochene plastische Umformvorgang statt. Dieser resultiert daraus, dass der hohlzylindrische zweite Verbindungsabschnitt 35 axial entlang der konischen Umformfläche 77 verschoben wird und dabei zunehmend radial aufgeweitet wird. Da bei dem Verschieben des zweiten Anschlussteils 43 der zweite Verbindungsabschnitt 35 vollständig durch die Durchbrechung 42 hindurchtritt, wird letztlich der freie Endabschnitt 48 des zweiten Verbindungsabschnittes 35 gemäß der vergrößerten Illustration in 3 um den zweiten Verbindungsabschnitt 35 herumgebogen.
Dies führt dazu, dass zum einen eine eine kraftschlüssige Verbindung hervorrufende radiale Verpressung zwischen den beiden Verbindungsabschnitten 34, 35 vorliegt und dass zum anderen auch eine in der Achsrichtung der Längsachse 28 beidseits formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Anschlussteilen 22, 23 entsteht.
Die vorstehenden Erläuterungen machen deutlich, dass ein die feste Verbindung zwischen den beiden Anschlussteilen 22, 23 herbeiführendes gezieltes Umformen des zweiten Anschlussteils 23 unmittelbar beim Schließen des Spritzgießwerkzeuges 55 mittels der beiden sich dabei relativ zueinander bewegenden Werkzeugkomponenten 56, 57 hervorgerufen wird.
Der beim Ausführungsbeispiel die kombiniert kraft- und formschlüssige Materialverbindung zwischen den beiden Anschlussteilen 22, 23 bewirkende Umformvorgang kann als „Verstemmen“ bezeichnet werden. Die beiden Anschlussteile 22, 23 sind über ein verstemmte Verbindung mit hoher Festigkeit und zugleich zuverlässiger elektrischer Leitfähigkeit miteinander verbunden, obwohl kein Stoffschluss vorliegt.
Es ist vorteilhaft, wenn der erste Umformabschnitt 73 in der beim Umformen auftretenden Verschieberichtung des zweiten Anschlussteils 23 federelastisch nachgiebig ist. Exemplarisch ist dies dadurch realisiert, dass der erste Umformabschnitt 73 an einem in der Achsrichtung der Werkzeughauptachse 62 beweglich in die erste Werkzeugkomponente 56 integrierten Umformstößel 86 ausgebildet ist, der durch eine Federeinrichtung 87 in Richtung zu der zweiten Werkzeugkomponente 57 in eine Ausgangsstellung vorgespannt ist. Der Schließvorgang des Spritzgießwerkzeuges 55 endet, wenn die beiden Werkzeugkomponenten 56, 57 aneinander zur Anlage gelangen. Ist der Umformvorgang zuvor schon beendet, kann der federnd vorgespannte Umformstößel 86 zurückweichen. Auf diese Weise können Fertigungstoleranzen kompensiert werden.
Nachdem das Spritzgießwerkzeug 55 geschlossen ist und durch den geschilderten Umformvorgang die elektromechanische Anschlussbaugruppe 18 im Innern des Spritzgießraumes 63 zusammengefügt wurde, wird durch mindestens einen in den Spritzgießraum 63 eimündenden Spritzgießkanal 88 des Spritzgießwerkzeuges 55 hindurch verflüssigter Kunststoff unter hohem Druck in den Spritzgießraum 63 eingespritzt. Der Kunststoff verteilt sich und bildet nach dem Abkühlen das Gehäuseteil 17 aus. Da die elektromechanische Anschlussbaugruppe 18 in dem Spritzgießraum 63 platziert ist, wird sie von dem Kunststoff zumindest partiell umschlossen und zumindest partiell in den Kunststoff eingebettet. Durch entsprechende Konturierung der Innenflächen der beiden Werkzeugkomponenten 56, 57 können nach Bedarf diejenigen Bereiche vorgegeben werden, die umspritzt oder nicht umspritzt werden sollen. Bevorzugt wird eine nur partielle Umspritzung vorgenommen. Beim Ausführungsbeispiel wird zumindest der Erdungsanschluss 38 nicht umspritzt.
Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel bildet der mechanische Kontakt zwischen der Drückschulter 82 und dem vorderen Ringbund 52 eine ringförmige Dichtstelle aus, die den Spritzgießraum 55 von der Ausnehmung 83 dicht abschottet. Dadurch ist gewährleistet, dass der Befestigungsabschnitt 25 unumspritzt bleibt.
Nachdem das Gehäuseteil 17 spritzgegossen ist, wird das Spritzgießwerkzeug 55 geöffnet und die hergestellte elektrische Baugruppe 2 zur bestimmungsgemäßen Verwendung entnommen.
Das Verfahren kann mit einem entsprechend ausgestalteten Spritzgießwerkzeug 55 auch derart ausgeführt werden, dass gleichzeitig mehrere erste und zweite Anschlussteile 22, 23 durch ein Umformverfahren im Innern des Spritzgießwerkzeuges 55 elektrisch leitend fest miteinander verbunden werden. Auf diese Weise können beispielsweise mehrere elektromechanische Anschlussbaugruppen 18 zusammengefügt werden, die bei dem anschließenden Spritzgießverfahren in den Kunststoff des Gehäuseteils 17 eingebettet werden. Auch können auf diese Weise elektromechanische Anschlussbaugruppen 18 zusammengefügt werden, die mehr als drei Anschlussteile beinhalten, sodass zur Realisierung einer Anschlussbaugruppe 18 mehrere durch Umformen erzeugte feste Verbindungen hergestellt werden. Beispielsweise kann dabei ein erstes Anschlussteil 22 mit mehreren zweiten Anschlussteilen 23 verbunden werden. Es versteht sich, dass zur Ausführung eines entsprechenden Verfahrens das Spritzgießwerkzeug 55 mit einer darauf abgestimmten Anzahl entsprechend gestalteter Umformabschnitte 73, 74 ausgestattet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2980923 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Baugruppe (2), die ein aus Kunststoff bestehendes, in einem Spritzgießwerkzeug (55) spritzgegossenes Gehäuseteil (17) und eine elektromechanische Anschlussbaugruppe (18) aufweist, wobei die elektromechanische Anschlussbaugruppe (18) durch beim Spritzgießen des Gehäuseteils (17) erfolgendes Umspritzen zumindest partiell in den Kunststoff des Gehäuseteils (17) eingebettet wird und zwei metallische erste und zweite Anschlussteile (22, 23) aufweist, zwischen denen eine durch Umformen erzeugte, elektrisch leitende feste Verbindung vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das die feste Verbindung zwischen den beiden Anschlussteilen (22, 23) der elektromechanischen Anschlussbaugruppe (18) hervorrufende Umformen vor dem das Gehäuseteil (17) erzeugenden Spritzgießvorgang innerhalb des zum Spritzgießen des Gehäuseteils (17) verwendeten Spritzgießwerkzeuges (55) und dabei durch das Spritzgießwerkzeug (55) selbst erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die feste Verbindung zwischen den beiden Anschlussteilen (22, 23) herbeiführende Umformen unmittelbar beim Schließen des Spritzgießwerkzeuges (55) mittels sich dabei relativ zueinander bewegender Werkzeugkomponenten (56, 57) des Spritzgießwerkzeuges (55) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spritzgießwerkzeug (55) verwendet wird, das mehrere zur wahlweisen Vorgabe eines offenen oder eines geschlossenen Werkzeugzustandes relativ zueinander bewegbare Werkzeugkomponenten (56, 57) aufweist, wobei das Spritzgießwerkzeug (55) in dem geschlossenen Werkzeugzustand einen die Gestalt des durch Spritzgießen herzustellenden Gehäuseteils (17) vorgebenden Spritzgießraum (63) begrenzt, der in dem offenen Werkzeugzustand von außen her zugänglich ist, wobei die beiden Anschlussteile (22, 23) in dem offenen Werkzeugzustand in den Spritzgießraum (63) eingelegt werden und wobei mindestens eines der beiden Anschlussteile (22, 23) durch sich beim anschließenden Schließen des Spritzgießwerkzeuges (55) relativ zueinander bewegende Werkzeugkomponenten (56, 57) des Spritzgießwerkzeuges (55) unter Ausbildung der festen Verbindung umgeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der festen Verbindung zwischen den beiden Anschlussteilen (22, 23) nur eines dieser beiden Anschlussteile (22, 23) durch das Spritzgießwerkzeug (55) umgeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch das im Spritzgießwerkzeug (55) erfolgende Umformen eine sowohl kraftschlüssige als auch formschlüssige feste Verbindung zwischen den beiden Anschlussteilen (22, 23) hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Anschlussteile (22, 23) bei dem durch das Spritzgießwerkzeug (55) ausgeführten Umformvorgang miteinander verstemmt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der elektromechanischen Anschlussbaugruppe (18) ein erstes Anschlussteil (22) und ein zweites Anschlussteil (23) bereitgestellt werden, wobei das erste Anschlussteil (22) einen eine kreisförmige Durchbrechung (42) umrahmenden ringförmigen ersten Verbindungsabschnitt (34) hat und wobei das zweite Anschlussteil (23) einen ringförmigen zweiten Verbindungsabschnitt (35) mit einem an den Innendurchmesser der Durchbrechung des ersten Verbindungsabschnittes (34) angepassten Außendurchmesser hat, wobei die beiden Anschlussteile (22, 23) vor dem Spritzgießen so in dem Spritzgießwerkzeug (55) platziert werden, dass sich der zweite Verbindungsabschnitt (35) des zweiten Anschlussteils (23) koaxial in der Durchbrechung (42) des ersten Verbindungsabschnittes (34) erstreckt, wobei anschließend durch das Spritzgießwerkzeug (55) der zweite Verbindungsabschnitt (35) zumindest partiell plastisch nach radial außen verformt wird, sodass er mit dem ersten Verbindungsabschnitt (34) unter Ausbildung der elektromechanischen Anschlussbaugruppe (18) verpresst wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Ausbildung der elektromechanischen Anschlussbaugruppe (18) verwendete zweite Anschlussteil (23) in einer hülsenförmigen Gestaltung bereitgestellt wird und zweckmäßigerweise ein axial beabstandet zu dem zweiten Verbindungsabschnitt (35) angeordnetes Gewinde (26) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem durch Umformen erfolgenden Ausbilden der festen Verbindung der beiden Anschlussteile (22, 23) ein Kunststoff in das Spritzgießwerkzeug (55) eingespritzt wird, sodass unter zumindest partiellem Umspritzen der elektromechanischen Anschlussbaugruppe (18) das Gehäuseteil (17) entsteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Baugruppe (2) zur Verwendung als Gehäusedeckel (5) eines elektrisch betriebenen Gerätes (1) hergestellt wird, zweckmäßigerweise eines zur Fluidsteuerung geeigneten, elektrisch betätigbaren Ventilgerätes (1a) .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Anschlussteil (22) einen zum Anschließen eines Erdungsleiters dienenden Erdungsanschluss (38) ausbildet und das zweite Anschlussteil (23) Bestandteil eines elektrischen Steckverbinders (13) ist.
Spritzgießwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere zur wahlweisen Vorgabe eines offenen oder eines geschlossenen Werkzeugzustandes relativ zueinander bewegbare Werkzeugkomponenten (56, 57) aufweist, wobei das Spritzgießwerkzeug (55) in dem geschlossenen Werkzeugzustand einen die Gestalt des durch Spritzgießen herzustellenden Gehäuseteils (17) vorgebenden Spritzgießraum (63) begrenzt, in den mindestens ein zum Einspritzen von Kunststoff dienender Spritzgießkanal (88) einmündet und der in dem offenen Werkzeugzustand zum Einlegen der beiden Anschlussteile (22, 23) von außen her zugänglich ist, wobei zumindest zwei beim Schließen des Spritzgießwerkzeuges (55) relativ zueinander bewegbare erste und zweite Werkzeugkomponenten (56, 57) an ihrer dem Spritzgießraum (63) zugewandten Innenseite jeweils einen Umformabschnitt (73, 74) aufweisen, wobei die beiden Umformabschnitte (73, 74) so angeordnet sind, dass sie beim Schließen des Spritzgießwerkzeuges (55) auf mindestens eines der beiden zuvor in den Spritzgießraum (63) eingelegten Anschlussteile (22, 23) eine Verformungskraft (75) ausüben, durch die mindestens eines der Anschlussteile (22, 23) gezielt so umgeformt werden kann, dass es mit dem anderen Anschlussteil (23, 22) eine elektrisch leitende feste Verbindung eingeht.
Spritzgießwerkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Umformabschnitte (73, 74) so ausgebildet und angeordnet sind, dass sie verformungsmäßig lediglich mit dem zweiten Anschlussteil (23) zusammenwirken und beim Schließen des Spritzgießwerkzeuges (55) das zweite Anschlussteil (23) so umformen können, dass es mit dem ersten Anschlussteil (22) verstemmt wird.
Spritzgießwerkzeug nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein an der ersten Werkzeugkomponente (56) ausgebildeter erster Umformabschnitt (73) einen Aufnahmestutzen (72) aufweist, auf den beide Anschlussteile (22, 23) aufsteckbar sind und der eine Umformfläche (73) aufweist, wobei ein an der zweiten Werkzeugkomponente (57) ausgebildeter zweiter Umformabschnitt (74) eine Drückschulter (82) aufweist, die beim Schließen des Spritzgießwerkzeuges (55) auf eines der Anschlussteile (22, 23) drückt, um selbiges zwecks seiner plastischen Verformung relativ zu dem Aufnahmestutzen (72) entlang der Umformfläche (77) zu verschieben, wobei die Umformfläche (77) zweckmäßigerweise eine konische Ringfläche ist.