DE29714593U1 - Vorrichtung zum Herstellen einer elektrischen Verbindung - Google Patents
Vorrichtung zum Herstellen einer elektrischen VerbindungInfo
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Description
W193DE8 - 1 -
Vorrichtung zum Herstellen einer elektrischen Verbindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung zum feuchtigkeitsgeschützten, elektrischen Verbinden
zweier mehradriger Leitungsenden sowie eine Verwendung einer solchen Vorrichtung zum Herstellen einer solchen elektrischen
Verbindung. Insbesondere betrifft die Erfindung den Anwendungsbereich in der Wärme- bzw. Heizungstechnik,
bei welcher unter Bedingungen hoher Wärme-, Schutz- und Feuchtigkeitsbelastung eine -- in der Regel von einem starren
Metallmantel ummantelte -- Anschlußleitung für einen Rauch- oder Abgasfühler mit einer angeschlossenen Meß- und
Steuerelektronik zu verbinden ist.
Es sind verschiedene Arten bekannt, ein solches Verbindungsproblem
zu lösen -- etwa durch speziell gefertigte, kunststoffgespritzte Verbindungsstecker. Auch ist es bekannt,
eine -- etwa durch Punktschweißen -- hergestellte Verbindung der einzelnen signalführenden Leiter als ganzes
mit einer geeigneten Dichtmasse, generell einem Epoxidharz, in einem entsprechend ausgebildeten Werkzeug zu umspritzen.
Derartige, bekannte Vorgehensweisen sind allerdings mit mehreren Nachteilen behaftet: So sind etwa herkömmliche,
kunststoffbasierte Steckerelemente nur sehr begrenzt wärmebeständig, und gerade bei Temperaturbelastungen oberhalb
von 2000C, wie sie im Schornsteinbereich auftreten können,
ist eine solche Verbindung thermisch mangelhaft. Darüber hinaus ist der Herstellungsaufwand -- bedingt durch entsprechend
aufwendige Spritzwerkzeuge der Steckerteile
und ein Montageaufwand bei der Herstellung -- durch die nur geringe Automatisierbarkeit -- hoch, so daß insbesondere auch beträchtliche Herstellungskosten zu erwarten sind.
und ein Montageaufwand bei der Herstellung -- durch die nur geringe Automatisierbarkeit -- hoch, so daß insbesondere auch beträchtliche Herstellungskosten zu erwarten sind.
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Demgegenüber sind die Dichtigkeitseigenschaften eines mit
einem geeigneten Dichtmedium umspritzten Verbindungsbereichs der zu koppelnden Leitungsenden besser, jedoch ist
auch diese Vorgehensweise nicht optimal: Zum einen besteht die Gefahr, daß bei hoher Umgebungstemperatur oder etwa bei
kurzfristigen Temperaturspitzen, wie sie durch Berührungen
o.a. entstehen können, der schützende Mantel beschädigt wird oder seine Form und damit seine Dichtwirkung verliert.
Zum anderen eignet sich zwar ein solcher Ansatz im Grundsatz besser für einen automatisierten Herstellungsvorgang,
jedoch werden durch das notwendige Einspritzen und das darauffolgende Erkalten der Vergußmasse in einem geeignet dafür
ausgebildeten Spritzwerkzeug lange Zykluszeiten erforderlich sein, welche den Herstellungsprozeß langwierig
und somit teuer machen. Dazu kämen nicht unbeträchtliche Herstellungskosten des Spritzwerkzeugs selbst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Verbindungsvorrichtung
zum feuchtigkeitsgeschützten, elektrischen Verbinden zweier mehradriger Leitungsenden, insbesondere
zum Einsatz im Heizungsbereich, zu schaffen, welche im Hinblick auf ihre Wärmebeständigkeit und ihre Dichtigkeitseigenschaften
verbessert ist, und welche darüber hinaus einfach und kostengünstig herstellbar und der automatisierten
Fertigung zugänglich ist.
Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie die Verwendungen nach den Patentansprüchen
18 und 19 gelöst.
Vorteilhaft gestattet das metallische Hülsenelement das vollständige Umschließen des empfindlichen Verbindungsbereichs,
sorgt durch sein Material für hohe mechanische Beständigkeit und dient gleichzeitig zur Wärmeableitung, etwa
von kurzfristigen oder punktuellen, hohen Temperaturbelastungen. Darüber hinaus bildet die Metallhülse im Verbindungsbereich
den Hohlraum aus, der -- bei befestigtem Hülsenelement -- mit einem geeigneten aushärtbaren, wärmebe-
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ständigen und isolierenden Dichtmaterial gefüllt (etwa gespritzt oder gegossen) wird. Auf diese Weise ist dann vorteilhaft
für das Aushärten der Dichtmasse weder ein speziell ausgebildetes Spritzwerkzeug notwendig, noch etwa im
Rahmen der automatisierten Herstellung ein spezieller Abkühl- bzw. Aushärtzyklus in der Maschine. Vielmehr erlaubt
der erfindungsgemäße Aufbau der Verbindungsvorrichtung bzw. die Abfolge der Verfahrensschritte ein überraschend kurzes,
einfaches Herstellen der Verbindung, die darüber hinaus gegenüber den bekannten Verbindungen herausragende
Dichtigkeitseigenschaften, selbst unter extremen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen, besitzt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
So hat es sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, eine feste Verbindung zwischen dem Hülsenelement und dem Mantel
der zweiten Leitung -- die i. ü. oft auch als metallummantelte MI-Leitung realisiert wird -- als Crimpverbindung
auszubilden, und diese weiter bevorzugt im Querschnitt sechskantförmig zu gestalten.
Vorteilhaft gestattet die erfindungsgemäße Ausbildung des
Steckerstücks aus sprödem, unelastischem Kunststoffmaterial die Verwendung preisgünstiger Großserienteile, ohne daß
etwa in diesem Bereich Dichtigkeitsprobleme oder mögliche mechanische Beschädigungen zu erwarten sind: Weder erfolgt
nämlich eine Druckbeaufschlagung des Hülsenelements oberhalb des Steckerstücks, noch ist etwa eine besondere, elastische
Wirkung von diesem notwendig. Lediglich die weiterbildungsgemäß vorgesehene Bördelung am entsprechenden
Rand des Hülsenelements sorgt dafür, daß bei Befüllen des Hohlraums mit der Dichtmasse unter Druck das Steckerstück
nicht rückwärts aus der Hülse herausgepreßt wird.
Je nach Anforderung bzw. Gestaltung der Befüllung des Hohlraumes weist das Hülsenelement eine geeignete Öffnung auf,
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die weiter bevorzugt zum Einsezten, Führen und Zentrieren einer entsprechenden Materialzuführungsdüse ausgebildet
sein kann.
Während für Anwendungen etwa im Bereich bis 2000C durchaus
auch herkömmliche, wärmehärtbare Harze als Dichtmasse geeignet sind, hat es sich als besonders bevorzugt herausgestellt,
eine Füllmasse auf Silikonbasis zu verwenden, welche insbesondere auch wesentlich höhere Temperaturen ohne
Beeinträchtigung der Dicht- und Isolationswirkung aushält.
Zur weiteren Verbesserung der Dichtwirkung ist es weiterbildungsgemäß
vorgesehen, das Hülsenelement um den (starren) Leitungsmantel der zweiten Leitung herum zu formen,
so daß der durchmesserreduzierte Abschnitt entsteht; eine weitere Verbesserung der Dichtwirkung wird dann durch
zusätzliches Dichten des entstehenden Spaltes mit einem separat aufgebrachten Dichtmittel oder aber mit dem in den
Hohlraum eingefüllten und sich bis in diesen Spalt ausbreitenden Dichtmedium erzielt.
Alternativ ist vorgesehen, ein separates -- weiter bevorzugt gummielastisches -- Dichtelement auf den Endbereich
der zweiten Leitung aufzusetzen, welches dann wiederum von der metallischen Hülse umschlossen ist. Auch hierdurch läßt
sich die Dichtwirkung bei einfacher Fertigung weiter verbessern; zusätzlich können weiterbildungsgemäß vorgesehene
Führungsnuten bzw. -schlitze in diesem Dichtstück die exakte Ausrichtung und Positionierung der Drahtenden der
zweiten Leitung verbessern und somit das Herstellen der elektrischen Verbindung erleichtern.
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Eine umlaufende Sicke im Hülsenelement ist geeignet, ein unerwünschtes Eindringen von Schmutz oder Feuchtigkeit in
den Hohlraum 44 zusätzlich zu verhindern; in einem solchen Fall ist es jedoch bevorzugt, das Steckerstück aus einem
diese Dichtwirkung verbessernden, gummielastischen Material herzustellen. Auch ist es erfindungsgemäß möglich, in einem
solchen Fall den Hohlraum 44 nicht mit der Dichtmasse auszufüllen.
Weiterhin liegt es weiterbildungsgemäß im Rahmen der Erfindung, zum einen die Festigkeit der Dichtung dadurch zu erhöhen,
daß das Steckerstück bzw. daß dieses ausbildende Kunststoffelement endseitig mit einer Metallscheibe versehen
werden kann, die weiter bevorzugt durch Einspritzen in den Isolator befestigt wird.
Zudem sorgt eine vorteilhaft vorzusehende Anpressfläche im
Umfang des Hülsenelements dafür, daß ein Verrutschen bzw. Ausweichen der Verbindungspartner nicht mehr möglich ist.
Weiter vorteilhaft liegt es im Rahmen der Erfindung, den Hohlraum nicht erst nach dem montiertem Hülsenelement mit
der Dichtmasse zu füllen, sondern dieses vielmehr vorher aufzubringen, geeignet etwa durch Schalen, Körper oder
Pulver, die vor einer Montage der Hülse in den Verbindungsbereich gebracht werden, besonders geeignet etwa durch Umspritzen
des Verbindungsbereiches.
Eine Wärmebehandlung dieses (thermisch) quellfähigen Materials führt dann bei aufsitzendem Hülsenelement zu einem
vollständig gedichteten Verbindungsbereich, wobei weiter bevorzugt etwa durch ein Abkühlen auch vor einer Montage
des Hülsenelements das Material zur Erleichterung der Montage geschrumpft werden kann.
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Während erfindungsgeraäß der Einsatz der Verbindungsvorrichtung
bzw. des zugehörigen Herstellungsverfahrens sich als besonders bevorzugt für das Gebiet der Heizungstechnik herausgestellt
hat, liegt es im Rahmen der Erfindung, den Erfindungsgegenstand
insbesondere auch in der KFZ-Technik einzusetzen, und zwar besonders geeignet zur Verbindung einer
Zuleitung für eine Abgassonde (Lambda-Sonde) als zweite Leitung mit einer flexiblen Zuleitung zur Motorelektronik,
die mit einem gerätespezifischen Stecker zur Verbindung mit der Elektronik versehen ist. Aufgrund der sehr hohen
Typenvielfalt für derartige Stecker wird sich gerade auch im Ersatzteilgeschäft der Nutzen der vorliegenden Erfindung
erweisen,- diese gestattet nämlich in einfacher und kostengünstig herstellbarer Weise das Herstellen einer hochgradig
wärmebeständigen und dichten Verbindung mit einer jeweils gerätespezifischen Zuleitung.
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Vleitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese
zeigen in
Fig. 1: eine Seitenansicht der mittels der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung bzw.
des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verbindenden, gerätespezifischen Zuleitung;
Fig. 2: eine Seitenansicht der mit der Zuleitung gemäß Fig. 1 als Kupplungspartner zu verbindenden
Fühlerzuleitung;
Fig. 3: eine vergrößerte Schnittdarstellung der Verbindungsanordnung gemäß einer ersten,
bevorzugten Ausführungsform im montierten
Zustand;
Fig. 4: eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Fig. 3;
Fig. 5: eine vergrößerte Schnittansicht des Verbindungsbereichs gemäß einer zweiten, alternativen
Ausführungsform ohne Dichtstück;
Fig. 6: eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Fig. 5;
Fig. 7: eine schematische Schnittansicht einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung zum
weiteren Verbessern der Dichtwirkung;
Fig. 8: eine Seitenansicht einer Verbindungsanordnung gemäß Fig. 7 und
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Fig. 9: eine ausschnittsweise Schnittansicht der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung
gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform, betreffend in vergrößerter Detailansicht
den steckerseitigen Bereich.
Eine Zuleitung 10 für eine Steuerelektronik -- etwa eine Heizungssteuerung oder aber auch eine (Verbrennungs-) Motorelektronik
-- ist im beschriebenen Ausführungsbeispiel vieradrig aufgebaut und besitzt einends einen steuergerätspezifischen
Stecker 12, der etwa in geeigneter Weise mit einem entsprechenden Partner einer Heizungssteuerung
verbindbar ist oder, für Anwendungen im Automobilbereich, in vorgesehene Steckplätze der Motorelektronik einrastbar
ist. Anderenends eines gummiummantelten Kabelabschnitts 14 weist die Zuleitung 10 einen aus einem Kunststoffmaterial
gefertigten Verbindungsstecker 16 auf, der -- entsprechend der Anzahl der Adern 20a -- vier aus einer Steckertülle 18
als Trägerkörper herausgeführte Steckerkontakte 20 hält. Die Steckerkontakte 20 sind, wie in der Fig. 3 gezeigt, als
nach außen geschlossene Halbrundschalen ausgebildet und dienen als Schweißkontaktpartner für zugehörige Leitungsenden
22 einer Fühlerzuleitung 24. Die Steckertülle 18 ist als Spritzteil unter Verwendung eines handelsüblichen
Kunststoffmaterials, etwa PA oder GFK-Kunststoff, realisiert
und als Massenteil kostengünstig fertigbar. Besondere Elastizitätseigenschaften der Steckertülle 18 sind nicht
erforderlich.
Die in Fig. 2 gezeigte Fühlerzuleitung weist an ihrem dem Steckerkontakt 20 des Verbindungspartners zugewandten Ende
die gabelförmig aufgebogenen Leitungsenden 22 von Metalladern 28 auf, die aus gängigen Metallegierungen, etwa
Cr-Ni oder Cu-Ni, gebildet sind. Die Leitungsenden 22 sind so aufgebo-gen, daß eine in Fig. 3 gezeigte fluchtende Zuordnung
zu den Steckerkontakten 20 des Verbindungssteckers 16 erfolgt -- insbesondere liegen die Leitungsenden 22 im
eingeschobenen (Verbindungs-) Zustand mit leichtem, radial auswärts gerichtetem Druck an den Innenflächen der jeweiligen,
halbrundschalenförmigen Steckerkontakte 20 an. In diesem Übergangsbereich wird dann eine elektrisch leitende
und mechanisch feste Verbindung mittels eines -- nicht näher gezeigten -- Schweißkontakts hergestellt, der durch ein
geeignetes Schweißverfahren, etwa Laserschweißen, Punktschweißen oder induktives Schweißen, realisiert werden
kann. Alternativ ist es etwa auch möglich, den Kontakt durch Verlöten oder ein anderes, geeignetes Verbindungsverfahren
herzustellen.
Die Metalladern 28 werden -- voneinander isoliert -- in einem langgestreckten Metallmantel 30 geführt und anderenends
als Fühlerkontakte 26 wiederum herausgeführt. An dieser
Stelle wird ein jeweiliges (Abgas-) Sondenelement mit den Fühlerkontakten 26 verbunden.
Der Metallmantel 30 ist bevorzugt als Stahlmantel realisiert und wird in geeigneter Weise am Abgasrohr (im Falle
einer Heizungssteuerung) oder im Auspuff (im Falle einer KFZ-Abgassteuerung) befestigt.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist der erfindungsgemäß realisierte
Verbindungsabschnitt zwischen der Gerätezuleitung 10 und der Fühlerzuleitung 24 von einer Metallhülse 34 aus verformbarem
Material umschlossen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel aus Aluminium oder Tiefziehblech realisiert
ist. Einends, d.h. auf der Seite der Fühlerzuleitung (die aufgrund ihres Metallmantels auch als MI-Leitung bezeichnet
wird), erfolgt eine drehfeste mechanische Verbindung mittels einer bevorzugt als Sechskant ausgestalteten
Crimpverbindung 36, die das Material der Metallhülse 34 im
Bereich der Crimpverbindung fest auf den Metallmantel 30 der MI-Leitung aufpreßt und so einen Sechskant-Querschnitt
in diesem Bereich herbeiführt. Damit wird dann nicht nur eine verdrehsichere Verbindung realisiert; gleichzeitig ist
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die Hülse 34 gegen ein axiales Verschieben entlang des Metallmantels
30 gesichert.
Andernends erstreckt sich die i.w. zylindrisch ausgebildete Metallhülse 34 über die Steckertülle 18 und ist an deren
rückwärtigem Ende umgebördelt, wie in der Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 38 schematisch bezeichnet. In diesem Ausführungsbeispiel
findet jedoch kein Verpressen der Metallhülse 34 mit dem Verbindungsstecker 16 statt, so daß insbesondere
auch das beschriebene, spröde (aber preisgünstig herstellbare) Kunststoffmaterial für die Steckertülle 18 verwendet
werden kann. Gleichwohl verhindert die Bördelung 38, daß der Verbindungsstecker 16 aus der Steckverbindung herausgezogen
werden kann (Zugentlastung) bzw. aus dieser herausgeschoben wird.
Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel weist zusätzlich ein auf dem Kupplungsende der Fühlerzuleitung 24 sitzendes,
hohlzylindrisches Dichtstück 4 0 auf, welches aus gummielastischem Kunststoff -- etwa Raytheon -- realisiert ist, im
Bereich der Leitungsenden 22 der Metalladern geeignete Führungsnuten bzw. -schlitze für diese aufweist (und insoweit
die Positionierung der Leitungsenden 22 erleichtert), während zum entgegengesetzten Ende des Dichtstücks 40 hin dieses
konisch abgeflacht ist. In entsprechender Weise weist in diesem Bereich die aufliegende Metallhülse 34 einen sich
konisch verjüngenden Bereich 42 auf.
Zusätzlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der zwischen
der Steckertülle 18 und dem Dichtstück 40 gebildete, von der Metallhülse 34 umschlossene Hohlraum 44 mit einer
Dichtmasse gefüllt ist, wobei erfindungsgemäß diese Dichtmasse durch Spritzen in die Verbindungsanordnung eingebracht
wird, nachdem die Metallhülse 34 in der in Fig. 3 gezeigten Weise aufgebracht und mit den jeweiligen Leitungspartnern
verbunden ist.
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Zu diesem Zweck weist die Metallhülse 34 im Bereich des Hohlraumes 44 mantelseitig eine -- in den Fig. nicht näher
gezeigte -- Öffnung bzw. Bohrung eines Durchmessers von etwa 2 bis 5 mm auf, durch welche dann das Dichtmaterial
durch Einspritzen oder Gießen eingebracht werden kann. Die Öffnung in der Metallhülse 34 dient dann zur Führung bzw.
Zentrierung einer entsprechenden Einfüll- bzw. Einspritzdüse .
Als Material zum Ausfüllen des Hohlraumes 44 eignet sich jedes beliebige, verfestigbare und füllbare Material, etwa
Epoxidharz, welches für Temperaturbelastungen der Verbindung bis zu etwa 200° geeignet ist. Für einen Einsatz unter
höheren Temperaturen, wie er etwa im KFZ-Bereich auftreten kann, bietet es sich alternativ an, den Hohlraum 44 mit einer
Silikon-Spritzmasse auszuspritzen, welche bis zu Temperaturen von etwa 3000C und höher wärmebeständig ist.
Da ein solches Einspritzen zum Zwecke der Automatisierung und der kurzen Zykluszeiten unter sehr hohem Druck
(beispielsweise etwa 40 bar) erfolgen kann, stellt, wie oben beschrieben, die besondere Befestigung der Metallhülse
34 durch die Bördelung 3 8 einends und die Crimpverbindung 36 andernends sicher, daß selbst bei einem derart hohen
Einspritz- bzw. Einpreßdruck die Kupplungspartner in ihrer Position verbleiben und nicht etwa auseinandergepreßt werden.
Andererseits kann aber geeignetes Spritz- bzw. Dichtmittel -- über den eigentlichen, von der Steckertülle 18
bzw. dem Dichtstück 40 gebildeten Hohlraum 44 hinaus -- in ggf. noch vorhandene, schmale Spalten 46 zwischen den Mantelflächen
des Dichtstücks 40 bzw. der Steckertülle 18 und der umgebenden Metallhülse 44 eindringen und so eine Dichtwirkung
weiter verbessern.
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In für die Automatisierung günstiger Weise dient die Metallhülse 34 nicht nur als mechanisch stabiler und wärmeableitender
Schutz der Verbindung; darüber hinaus bietet er für den Ausspritzvorgang des Hohlraumes 44 gleichzeitig
eine Begrenzung an, die die Verwendung aufwendiger und in der Herstellung teuerer Spritzwerkzeuge unnötig macht.
Auf diese Weise wird dann eine elektrische Verbindung realisiert, die nicht nur in herausragender Weise gegen das
Eindringen von Schmutz oder Feuchtigkeit geschützt ist, sondern zudem -- durch die Metallummantelung und die hochgradig
wärmebeständige Füllung -- in optimaler Weise wärmebeständig und schlagfest ist. Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung
bietet sich somit insbesondere für den Einsatz in Umgebungen mit hohen oder stark wechselnden Temperaturen,
wie etwa im Heizungsbereich oder aber zur Abgasmessung in KFZ, an und ermöglicht langzeitstabile, zuverlässige
Verbindungen.
Da zudem für die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung
weitgehend auf teuere Spezialkomponenten verzichtet wird und der vergleichsweise einfache Aufbau
sich in besonders günstiger Weise für eine automatisierte Herstellung eignet, sind neben den verbesserten technischen
Eigenschaften auch beträchtliche Rationalisierungen bzw. Kostenersparnisse möglich.
Da ferner der -- etwa in der Fig. 4 in der Gesamtansicht gezeigte -- Aufbau ein gegenüber herkömmlichen Verbindungen
deutlich reduziertes Volumen und Gewicht besitzt, ist darüber hinaus vorteilhaft sichergestellt, daß die Anordnung
im montierten Zustand (z.B. endseitig am Metallmantel 30 der Fühlerzuleitung 24 festgelegt) in nur sehr geringem
Maße schwingt oder Vibrationen verursacht. Auch hierdurch steht zu erwarten, daß Lebensdauer und Betriebssicherheit
der Vorrichtung deutlich verbessert sind.
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Das erfindungsgemäße Verbindungsverfahren ergibt sich aus
der Abfolge der zum Herstellen der in Fig. 3 bzw. Fig. 4 gezeigten Verbindung notwendigen Schritte: In der gezeigten
Weise werden die Steckerkontakte 20 des Verbindungssteckers 16 mit den geeignet gebogenen Leitungsenden 22 der Fühlerzuleitung
24 zusammengebracht, wobei die bevorzugt als Halbrundschalen ausgebildeten Steckerkontakte 20 bereits
eine gewisse mechanische Führung der Verbindung übernehmen. Eine zusätzliche Führungswirkung für die Leitungsenden 22
wird durch die entsprechend gebildeten Führungsschlitze im Dichtstück 40 angeboten.
Nach dem Zusammenbringen der Kontakte wird dann die Metallhülse
34 aufgeschoben, einends zur Crimpverbindung 36 bevorzugt sechskantförmig mit dem Metallmantel 30 vercrimpt
und anderenends um eine rückwärtige Kante der Steckertülle 18 umgebördelt. Ein darauffolgendes Einspritzen des Füllmaterials
in den Hohlraum 44 sorgt dann -- nach dem Erkalten bzw. Verfestigen des Füllmaterials -- für die beabsichtigte
dichte, feuchtigkeitsgeschützte und mechanisch beanspruchbare Verbindung.
Unter Bezug auf die Fig. 5 und 6 wird nunmehr eine alternative Ausführungsform der vorstehend beschriebenen Ausbildung
dargestellt. In der vorbeschriebenen Weise werden wiederum eine Steuergerätzuleitung mit Verbindungsstecker
16 sowie eine MI-Leitung -- etwa eines Durchmessers von 3,5 mm -- mit gabelartig gebogenen Leitungsenden 22 miteinander
verbunden. Im Unterschied zu der vorbeschriebenen Ausführungsform weist hier jedoch das verbindungsseitige Ende der
MI-Leitung 24 kein aufgeschobenes Dichtstück auf; vielmehr ist die Metallhülse 34a um den Endbereich des Metallmantels
30 der MI-Leitung 24 herumgepreßt, so daß lediglich ein schmaler Spalt 46 verbleibt. Wie auch im ersten Ausführungsbeispiel
dichtet eine bevorzugt sechskantförmige Crimpverbindung 36 die Metallhülse 34a zum restlichen Leiter
24 hin ab. In der in Fig. 5 bzw. Fig. 6 gezeigten Weise wird somit die Metallhülse 34a im Endbereich des Mantels 3 0
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zu einem anliegenden Flachabschnitt 48 verformt, und erst im Übergangsbereich weitet sich dann die Metallhülse 34a
konusförmig bis zum Durchmesser der Steckertülle 18 des
Verbindungspartners auf.
Auch der sich auf diese Weise ergebene Hohlraum 50 zwischen den Verbindungspartnern wird in der vorbeschriebenen Weise
mit einem geeigneten Füllmedium befüllt, welches dann zum Herstellen der endgültigen, dauerhaften Verbindung aushärtet.
Vorteilhaft wird dabei durch einen Einfülldruck der Dichtungsmasse diese über den Hohlraum 50 hinaus in den
Spalt 46 entlang des Flachabschnittes 48 der Metallhülse 34a gepreßt, so daß in diesem Bereich zusätzliche Dichtwirkung
erzielt wird. Alternativ ist es möglich, den Spalt 46 bereits bei der Montage (dem Aufschieben) der Metallhülse
34 mit einer geeigneten Dichtmasse bzw. einem Kleber zu versehen, welcher geeignet zwar dem späteren Füllmedium
entsprechen kann, dies aber nicht notwendigerweise identisch sein muß. Entsprechendes gilt für etwaiges, zusätzliches
Dichtmaterial, welches in einen zwischen Hülse 34 und Steckerkörper 18 gebildeten Spalt 52 eindringen kann.
Die in den Fig. 5 und 6 beschriebene Ausführungsform ist somit vorteilhaft geeignet, die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen
Verbindungsvorrichtung durch das Fehlen eines Dichtstückes (Bezugszeichen 40 im ersten Ausführungsbeispiel
der Fig. 3) weiter zu verringern.
Unter Bezug auf die Fig. 7 und 8 wird im weiteren eine erfindungsgemäße
Weiterbildung beschrieben, welche -- je nach Dichtungserfordernissen -- das Dichtigkeitsverhalten der
vorliegenden Verbindungsvorrichtung weiter verbessern kann. Weiterbildungsgemäß wird zu diesem Zweck die Metallhülse 34
umfangsseitig mit einer punktuellen, ringförmigen Verformung
54 in der Art einer Rändelung oder Sicke versehen, welche in geeigneter Weise oberhalb des Dichtstückes 40 der
Fig. 3 und/oder -- wie in Fig. 8 gezeigt -- auch außerhalb des Bereiches des Verbindungssteckers 16 angebracht sein
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kann; dieser sollte jedoch bevorzugt zu diesem Zweck aus (Gummi-) elastischem Material gefertigt sein. Während solche
Rändelungen 54, die bevorzugt vor einem Ausspritzen des Verbindungshohlraumes aufgebracht werden, eine zusätzliche
Dichtwirkung gegenüber dem Eindringen von Schmutz oder Feuchtigkeit bewirken, wird zusätzlich die Relativposition
der Kupplungspartner zueinander fixiert, so daß insbesondere auch ein nachfolgendes Einspritzen von Füllmaterial
unter hohem Druck diese nicht in unerwünschter Weise auseinanderpressen kann.
Fig. 9 zeigt eine weitere alternative Ausbildung der vorliegenden Erfindung, die insbesondere im Hinblick auf zusätzliche
Festigkeit und das Verhindern eines Verrutschens vorteilhaft ist. Die ausschnittsweise Schnittansicht der
Fig. 9 zeigt, vergleichbar der Ansicht in Fig. 3, einen rückwärtigen, dem Verbindungsbereich 44 entgegengesetzten
Endbereich der Steckertülle 18, wobei diese, wie in der Fig. 9 gezeigt, mit einer fluchtenden Metallscheibe 56 zusätzlich
versehen ist. Diese Metallscheibe 56 ist bevorzugt an den Isolatorbereich 18 ein- bzw. angespritzt
(alternativ: angeklebt) und sorgt im dargestellten Endbereich der Verbindungsvorrichtung für zusätzliche Festigkeit:
Die Bördelung 38 greift nämlich nunmehr umfangsseitig
auf die Scheibe 56, so daß auf diese Weise eine beträchtliche Festigkeitserhöhung erreicht werden kann.
Zusätzlich zeigt Fig:. 9 im rechten Bereich eine umlaufende
Anpressfläche 58 in Form einer im Querschnitt stufenförmigen Einformung der Metallhülse 34. Wie unmittelbar erkennbar
ist, wird hierdurch am entgegengesetzten Ende eine Widerlager geschaffen, und der Anpreßdruck kann weiter erhöht
werden.
Weiter ist es vorteilhaft, die -- etwa in der Fig. 3 gezeigten -- Schweißkontakte 20 mit jeweils einer (nicht gezeigten)
Nase bzw. einem Widerhaken zu versehen, die bei einer Zugbelastung der Leitungen 20a gegen die Metall-
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scheibe 56 drücken. Damit ist ein unbeabsichtigtes Herausziehen der Kontakte 20 aus der Steckeranordnung verhindert.
Gemäß einer weiteren, alternativen Ausführungsform ist vorgesehen,
den Hohlraum 44 nicht erst nach einer Montage der Metallhülse 34 mit dem Isoliermaterial auszufüllen, sondern
dieses vielmehr vorzunehmen, bevor der Mantel 34 aufgesetzt ist. Bevorzugt werden hierzu die Schweißkontakte im Bereich
44 mit zwei Halbschalen umlegt, bevor dann der Mantel 34 montiert wird. Etwa durch eine thermische Behandlung wird
dann ein Quellen bzw. eine Volumenerweiterung dieser Halbschalen, die geeignet etwa aus PU-Schaum hergestellt sein
können, bewirkt, woraufhin dann die beabsichtigte Dichtwirkung mit geringem Aufwand erreicht ist, ohne daß etwa das
Dichtmittel eingespritzt werden muß.
Alternativ ist es natürlich auch möglich, das so zu behandelnde Dichtmittel in Form von Kugeln, Pulver oder anderen
Körpern in den Bereich 44 zu bringen, woraufhin dann der Mantel 34 montiert wird und die Dichtelemente zum Verschmelzen
bzw. Quellen gebracht werden.
Auch ist es weiterbildungsgemäß möglich, etwa mittels der vorerwähnten Halbschalen die Schweißkontakte 20 vor einer
Montage des Mantels 34 zu umspritzen. Eine Abkühlung bzw. Kältebehandlung dieses umspritzten Kontaktbereiches vor einer
Montage des Mantels 34 führt dann zu einer Schrumpfung bzw. negativen Volumenveränderung, die ein einfaches Aufsetzen
des Mantels ermöglicht. Nach dessen Montage und Befestigung wird dann wiederum der Verbindungsbereich 44 mit
dem Dichtmittel auf Normaltemperatur zurückgeführt oder einer Wärmebehandlung ausgesetzt, womit dann ein Quellen und
damit die beabsichtigte Dichtwirkung erreicht wird.
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Wie bereits bei der vorstehenden Beschreibung des Herstellungsverfahrens
umrissen, ermöglicht die vorliegende Erfindung eine außerordentlich wirtschaftliche Fertigung, die
sich in besonders günstiger Weise für die Automatisierung und die Großserienfertigung eignet. Durch das Vorsehen des
vorab oder nachfolgend auszuspritzenden Metallmantels wird ein Aushärt- bzw. Erkaltungszyklus in einer Spritzgießmaschine
unnötig, so daß mögliche Fertigungstaktzyklen deutlich
verringert sind. Gleichzeitig sorgt der Metallmantel durch seine Wärmeleitfähigkeit für guten Schutz auch gegenüber
kurzzeitigem, punktuellen Hochtemperatureinwirkungen, die sogar oberhalb einer Schmelztemperatur des Füllmaterials
liegen können. Darüber hinaus wirken sich selbstverständlich auch die mechanischen Festigkeitseigenschaften
des Metallmantels vorteilhaft aus.
Über die vorstehend bschriebenen, konkreten Ausführungsformen
hinaus ist es selbstverständlich möglich, die Erfindung für beliebige geeignete ein- und mehradrige Leitungen vorzusehen
und entsprechend konfigurierte Leitungen zu verwenden -- insbesondere auch z.B. in besonderer Weise temperaturbeständige
Leitungen (z.B. mit Schutzschlauch-Glasseide, etwa für die Zuleitung zum Verbindungsstecker).
Zum Herstellen der erfindungsgemäßen elektrischen Verbindung
zwischen den Adern bieten sich beliebige Verbindungsarten und Ausbildungen der Kontakte an, etwa Schweiß- oder
Lötverfahren beliebiger Art, insbesondere auch Rundhülsen statt der beschriebenen Halbrundschalen, oder aber auch die
Herstellung von Steckkontakten.
Für die Verwendung als Metallhülse zum Umschließen der erfindungsgemäßen
Verbindungsvorrichtung ist es insbesondere auch möglich, ein geeignetes Preß- oder Drehteil vorzusehen
.
W193DE8 - 18 -
Für den Fall, daß weiterbildungsgemäß eine Sicke der in Fig. 7 oder 8 beschriebenen Art verwendet wird, kann es
sich zudem ergeben, daß eine zusätzliche Befüllung bzw. ein Ausspritzen des Hohlraumes 44 nicht mehr notwendig ist.
Während die beschriebenen Ausführungsformen in besonders
geeigneter Weise einerseits für Anlagen der Heizungstechnik, insbesondere der Abgasmessung im Abgaskanal, und andererseits
für die Anwendung als Verbindung zwischen Abgasfühler und Motorelektronik im KFZ-Bereich optimal einsetzbar
erscheinen, bietet sich eine Übertragung der vorliegenden Erfindung auf beliebige andere Anwendungsbereiche an,
insbesondere, wenn eine stabile elektrische Verbindung zwischen Leitungen für stark feuchtigkeits- und/oder verschmutzungsgefährdete,
temperaturbelastete und mechanisch sensible Umgebungen notwendig ist.
Claims (19)
1. Verbindungsvorrichtung zum feuchtigkeitsgeschützten, elektrischen Verbinden zweier mehradriger Leitungsenden,
mit
einer Mehrzahl von ersten, aus einem Steckerstück (18) herausgeführten Kontaktelementen (20) einer ersten Leitung
(14) ,
einer Mehrzahl von aus einem starren Leitungsmantel
einer Mehrzahl von aus einem starren Leitungsmantel
(30) herausgeführten Drahtenden (22) einer zweiten Leitung (24) ,
die zum unlösbaren elektrischen Verbinden mit den Kontaktelementen
(20) mit diesen fluchtend ausgerichtet sind, und
einem einen Verbindungsbereich zwischen den Drahtenden
einem einen Verbindungsbereich zwischen den Drahtenden
(22) und den Kontaktelementen (20) umschließenden Hülsenelement (34) aus metallischem Material, das einends
dichtend und unlösbar mit dem starren Leitungsmantel
(30) verbunden ist und sich anderenends über das Steckerstück (18) erstreckt, wobei ein von dem Hülsenelement
(34) umschlossener Hohlraum (44) zumindest im Verbindungsbereich eine durch Wärmeeinfluß volumenveränderliche
und elektrisch isolierende Dichtmasse aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem starren Leitungsmantel
(30) und dem Hülsenelement (34) durch eine mechanische Verformung der Verbindungspartner, insbesondere einem
Crimpvorgang, hergestellt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Steckerstück (18) blockartig und i.w. zylindrisch aus unelastischem Kunststoffmaterial realisiert
ist und das Hülsenelement (34) sich über das zylindrische Steckerstück (18) erstreckt und endseitig
eine umlaufende Bördelung (38) zur Begrenzung einer Re-
W193DE8 - 20 -
lativbewegung zwischen dem Steckerstück (18) und dem Hülsenelement (34) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsenelement (34) im Bereich
des Hohlraums (44) einen in seinem Mantel vorgesehenen Durchbruch aufweist, der zum Einspritzen oder Eingießen
der Dichtmasse in den Hohlraum (44) ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dichtmasse als unter Wärmeeinwärmung
aushärtendes Harz oder als Silikonfüllmasse realisiert ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Hülsenelement (34) im verbindungsseitigen Endbereich der zweiten Leitung (24) zum
Ausbilden eines durchmesserreduzierten Abschnittes (48) in Kontakt mit dem Leitungsmantel (3 0) der zweiten Leitung
(30) verformt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen dem durchmesserreduzierten Abschnitt
(48) und dem starren Leitungsmantel (30) gebildeter Spalt (46) mit einem Dichtmittel gefüllt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtmittel der in den &EEgr;&ogr;&idiagr;&igr;&iacgr;&tgr;&agr;&mgr;&iacgr;&eegr; einzufüllenden
oder eingefüllten Dichtmasse entspricht.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Endbereich der zweiten Leitung
(24) ein i.w. zylindrisches Dichtstück (40) den starren
Leitungsmantel (30) umschließend aufgesetzt ist, das Hülsenelement (34) das Dichtstück (40) mantelseitig umschließt
und eine verbindungsseitige Wand des Dichtstücks (40) den Hohlraum (44) begrenzt.
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10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die verbindungsseitige Wand des Dichtstücks (40)
Führungsnuten für die Drahtenden (22) aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsenelement (34) im Endbereich
der zweiten Leitung und/oder im Bereich des Steckerstücks (18) mit einer umlaufenden, eine Dichtwirkung
herbeiführenden Vertiefung (54) versehen ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Steckerstück (18) endseitig an
einem den herausgeführten Kontaktelementen (20) entgegengesetzten Ende eine Austrittsöffnung des Hülsenelements
(34) verschließende Scheibe (56) aus metallischem Material aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (56) mittels eines Spritz- oder
Klebvorgangs mit dem Steckerstück (18) aus einem Kunststoff material verbunden ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsenelement im Verbindungsbereich
an einem verbxndungsseitigen Ende des Steckerstücks (18) eine umlaufende, eine Widerlagerwirkung gegen
das Steckerstück besitzende Vertiefung (58) aufweist .
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmasse mittels eines quellfähigen
Harz- oder Kunststoffmaterials, beispielsweise
eines PU-Schaums, realisiert ist.
W193DE8 : : £2 :
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmasse in Form von Schalen,
Kugeln oder anderen Körpern in dem Hohlraum in einem Montagezustand enthalten ist und zum Aushärten einer
Wärmebehandlung unterzogen werden kann.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierende Dichtmasse dergestalt aufgebracht ist, daß vor einer Montage
des Hülsenelements die Kontaktelemente in- dem Verbindungsbereich
mit der Dichtmasse beaufschlagt, beispielsweise umspritzt, worden sind, und während eines
darauffolgenden KühlungsVorganges das Volumen der
Dichtmasse abgenommen hat sowie nach einem darauffolgenden Aufsetzen des Hülsenelements die Dichtmasse
durch einen Temperaturanstieg eine Volumenerweiterung erfahren hat.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorrichtung so ausgebildet ist, daß sie zur Verbindung eines Abgasfühlerelements für
eine Heizungsanlage mit einer mit der ersten Leitung
(10) zu verbindenden, elektronischen Steuereinrichtung geeignet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung so ausgebildet ist,
daß sie zum Verbinden eines endseits an der zweiten Leitung (24) vorgesehenen Abgasfühlerelements für eine
KFZ-Abgasanlage mit einer einen bauartspezifischen
Stecker (12) der ersten Leitung (10) kontaktierenden KFZ-Motorelektronik geeignet ist.
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