Hirschmann Automotive GmbH, Rankweil-Brederis, Österreich
B E S C H R E I B U N G
Dichtungselement für Flexible Fiat Cable (FFC), FPC und andere flache Leitungen mit und ohne Rundleiter
Die Erfindung betrifft ein Dichtelement, insbesondere für einen Stecker oder eine Buchse einer Steckverbindung für die Anwendung in der Automobiltechnik, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
Stecker oder Buchsen von Steckverbindungen für die Anwendung in der Automobilindustrie sind bekannt, wobei zumindest ein Leiter, der elektrisch leitfähig ist, einer Leitung vorhanden ist, wobei am Ende des elektrischen Leiters jeweils ein Kontaktpartner angeordnet ist, der in einer Kontaktkammer eines Gehäuses des Steckers oder Buchse einführbar und dort festlegbar ist. Bei diesen bekannten Steckern oder Buchsen erfolgt anschließend eine Umspritzung des Endbereiches der Leitung und einem Teilbereich des Gehäuses mit einem Dichtmaterial, um sicher zu stellen, dass im gesteckten und nichtgesteckten Zustand des Steckers oder der Buchse ein Eindringen von Umgebungsmedien (insbesondere Feuchtigkeit oder Verschmutzungen) zwischen dem Leiter und der Leitung, dem Leiter und dem Gehäuse und der Leitung und dem Gehäuse vermieden wird. Werden dementsprechend hergestellte Stecker und Buchsen zu einer kompletten Steckverbindung zusammengesteckt, wird die in der Automobil¬ technik erforderliche Längswasserdichtigkeit erzielt. Dadurch ist ein sicheres und bewährtes, vor allen Dingen dichtes Steckverbindersystem gegeben. Nachteilig hieran ist jedoch der hohe Fertigungsaufwand, da für das Umspritzen mit dem Dichtmaterial eine entsprechend ausgebildete Fertigungsanlage vorhanden sein muss, deren Werkzeuge und deren Betrieb kostenintensiv ist. Außerdem schränken die einmal eingestellten Anlagen die Flexibilität ein, so dass ein hoher Aufwand in der Fertigungslinie des Steckers oder der Buchse erforderlich ist, um
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Änderungen (z.B. wenn sich die Anzahl der elektrischen Leiter verringert oder vergrößert) durchzuführen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Dichtelement einer Steckverbindung bereitzustellen, das die Anforderungen nach Längswasserdich¬ tigkeit im gesteckten und nichtgesteckten Zustand weiterhin erfüllt und dessen Aufwand bei der Herstellung reduziert und die Fertigungsflexibilität erhöht ist.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist ein Dichtelement mit Öffnungen zur Aufnahme der Leiter vorgesehen, wobei das Dichtelement vor oder nach dem Anordnen der Kontakt¬ partner an den elektrischen Leitern auf die Leitung montiert und in das Gehäuse einführbar und dort festlegbar ist. Es wird also ein einziges Dichtelement zur Verfügung gestellt, welches eine Dichtwirkung zwischen dem Gehäuse und den elektrischen Leitern bzw. der elektrische Leitung übernimmt. Damit bleibt sowohl die Längswasserdichtigkeit als auch die Abdichtung zum Gehäuse hin gegeben. Da das Dichtelement ein separates Teil ist, kann es unabhängig von den übrigen Bauteilen des Steckers oder der Buchse hergestellt und beim Zusammenfügen der Bauteile in einer Fertigungslinie manuell oder automatisiert eingebaut werden. Dabei sind die Geometrien des Dichtelementes so gewählt, dass eine sicher Abdichtung zwischen dem Gehäuse einerseits und den elektrischen Leitern bzw. der elektrischen Leitung andererseits gegeben ist.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Dichtelement aus einem elastisch verformbaren Material herstellbar. Dies hat den Vorteil, dass beim Anordnen des Dichtelementes auf den elektrischen Leitern bzw. der elektrischen Leitung einerseits und beim Einsetzen des Dichtelementes in das Gehäuse des Steckers oder der Buchse andererseits das Dichtelement verformbar, insbesondere dauerhaft, verformt wird, so dass danach ständig ein Druck zwischen dem Dichtelement und dem Gehäuse bzw. dem elektrische Leiter oder der Leitung aufrecht erhalten bleibt, welcher zu der gewünschten Gehäuse- und Längswas¬ serdichtigkeit führt. Außerdem werden dadurch Toleranzen ausgeglichen. Zur
Erzielung der elastischen Verformung und der daraus resultierenden dauerhaften Druckwirkung ist vorgesehen, dass der äußere Querschnitt des Dichtelementes geringfügig größer ist als der innere Querschnitt des Gehäuses. Dies bewirkt, dass das Dichtelement beim Einsetzen in das Gehäuse zusammengedrückt wird und dadurch überall an dem Gehäuse des Steckers oder Buchse zur Anlage kommt. Ergänzend oder alternativ dazu ist vorgesehen, dass der Querschnitt der Öffnungen in dem Dichtelement dem Querschnitt der Leitung oder dem Quer¬ schnitt der Leiter entspricht und geringfügig kleiner als dieser gewählt ist. Dadurch wird gewährleistet, dass sich das Dichtelement an dem zumindest einen elektri¬ schen Leiter und/oder der Leitung anschmiegt und auch somit zwischen diesen beiden die Gehäuse- und Längswasserdichtigkeit realisiert ist.
Insgesamt hat also das erfindungsgemäße Dichtelement die Vorteile, dass sowohl eine manuelle als auch eine automatische Montage des Dichtelementes möglich ist. Bei der automatischen Montage des Dichtelementes ist diese Schritt sehr gut in eine Fertigungslinie integrierbar, so dass aufwändige Werkzeuge zur Herstel¬ lung eines Dichtelementes entfallen können. Üblicherweise werden eine Leitung mit mehreren Leitern eingesetzt, so z.B. Flachbandkabel (FFC: Flexible Fiat Cable, FPC: Flexible Printed Circuit), Rasterstegleitungen oder einzelne Leitungen z.B. mit Litzenleitern. Diese weisen üblicherweise zwischen den einzelnen Leitern einen vorgegebenen Abstand (Rastermaß) auf. Die erfindungsgemäße Dichtung hat hier den Vorteil, dass das Rastermaß durch das Dichtelement nicht be¬ schränkt ist. Je nach Ausführungsform (insbesondere Durchmesser) der elektrischen Leiter bzw. der elektrischen Leitung und des Rastermaßes und der Anzahl der elektrischen Leiter kann das Dichtelement entsprechend vorgefertigt werden. Hier ist es denkbar, mehrer Dichtelemente mit einer unterschiedlichen Anzahl von Öffnungen vorzufertigen, wobei beim Zusammenbau des Steckers oder der Buchse immer dasjenige Dichtungselement eingesetzt wird, das Öffnungen mit der gleichen Anzahl wie die Anzahl der elektrischen Leiter aufweist. Hier könnte noch daran gedacht werden, zur Unterscheidung unterschiedlicher Dichtungselemente z.B. unterschiedliche Farben zu verwenden.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angege¬ ben, im Folgenden beschrieben und anhand der Figuren erläutert, wobei die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
Es zeigen:
Figuren 1 bis 3: die prinzipielle Ausführungsform eines Steckers oder einer Buchse,
Figuren 4 bis 6: das Herstellverfahren einer Buchse mit Flachbandkabel,
Figuren 7 bis 9: eine Ausführungsform eines Dichtelementes.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen soweit im Einzelnen dargestellt, die prinzipielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtelementes. Hierbei ist gezeigt, dass verschieden Leitungen nebeneinander verwendet werden können. Dies dient im Regelfall zur Anschauung der Erfindung, wobei bei Ausführungen üblicherwei¬ se nur eine Art von Leitungen zum Einsatz kommt. Die in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Mischbestückung ist aber bei der Anwendung in der Praxis nicht ausgeschlossen.
Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Flachbandkabel 1 (FFC oder FPC) gezeigt, das parallel und beabstandet zueinander verlaufende elektrische Leiter 2 (Flachband¬ leiter) aufweist. Ergänzend oder alternativ dazu ist der Einsatz einer Rastersteglei¬ tung 3 denkbar, die ebenfalls parallel und beabstandet zueinander verlaufende elektrische Leiter 4 aufweist. Diese elektrischen Leiter 4 sind beispielsweise als Litzen ausgebildet. Daneben ist ergänzend oder alternativ der Einsatz einer Einzelleitung 5 denkbar, die ebenfalls einen elektrischen Leiter 6 aufweist, der beispielsweise ebenfalls als Litzenleiter ausgebildet ist. Die gezeigten und beschriebenen Leitungen 1 , 3, 5 weisen also somit mehrere elektrische Leiter, 2, 4, 6 auf, die äußerlich von einer Isolierung umgeben sind.
Erfindungsgemäß ist nun ein Dichtelement 7 vorgesehen, welches Öffnungen 8, 9, 10 aufweist, wobei diese Öffnungen 8, 9, 10 in etwa dem Querschnitt der elektrischen Leiter 2, 4, 6 entsprechen. So ist beispielsweise erkennbar, dass die Öffnungen 8 einen etwa rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, der dem Querschnitt des elektrischen Leiters 2 des Flachbandkabels 1 entspricht. Dieses vorfertigbare und insbesondere aus einem elastisch verformbaren Material herstellbare Dichtelement 7 wird über den Endbereich der Leitungen 1 , 3, 5 geschoben und dort in einer vorgebbaren Position festgelegt. Vor oder nach dem Aufschieben des Dichtelementes 7 auf das zumindest eine Leitungsende erfolgt ein Freilegen (Abisolieren) der elektrischen Leiter 2, 4, 6.
In Figur 2 ist gezeigt, dass das Dichtelement 7 auf die Leitungen 1 , 3, 5 aufge¬ schoben wurde und dort festgelegt ist. Diese Lagefixierung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Querschnitt der Öffnungen 8, 9, 10 bei einem elastisch verformbaren Dichtelement 7 etwas kleiner gewählt ist, als der Querschnitt der Leitungen 1 , 3, 5 und/oder der elektrischen Leiter 2, 4, 6, wobei ergänzend oder alternativ dazu denkbar ist, dass das Dichtelement 7 durch weitere Maßnahmen (z.B. Verkleben) in seiner Lage fixiert wird. Nachdem (oder alternativ auch schon vorher) das Dichtelement 7 auf die elektrischen Leitungen 1 , 3, 5 aufgeschoben worden ist, erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel ein Anschlagen von Kontakt¬ partnern 11 , d.h., der Anordnung und elektrischen Kontaktierung der Kontaktpart¬ ner 11 an den elektrischen Leitern 2, 4, 6. Dies erfolgt mittels bekannter Verbin¬ dungstechniken, wie z.B. Löten, Schweißen, Crimpen oder dergleichen.
In Figur 3 ist gezeigt, dass der in Figur 2 gezeigte Endbereich der Leitungen 1 , 3, 5 mit einem Gehäuse 12 vorgesehen ist, wobei das Gehäuse 12 vorgefertigte Kontaktkammern 13 aufweist. Der gemäß Figur 2 vorgefertigte Endbereich wird in das Gehäuse 12 eingeführt, so dass die Kontaktpartner 11 in den Kontaktpartnern 13 eingeführt und dort fixiert (verriegelt) werden. Dabei wird auch das Dichtele¬ ment 7 vollständig oder zumindest teilweise in das Gehäuse 12 eingeführt, wobei das Gehäuse 12 eine der Außenkontur des Dichtelementes 7 entsprechende Innenkontur aufweist. Nach diesem letzten Verfahrensschritt ist die in Figur 3 gezeigte Buchse (die Kontaktpartner 11 sind hierzu als Buchsenelemente
ausgebildet) fertig hergestellt, wodurch durch das Dichtelement 7, das einerseits an dem Gehäuse 12 und andererseits an den Leitungen 1 , 3, 5 sowie den Leitern dichtend zur Anlage kommt, die gewünschte Gehäuse- und Längswasserdichtig¬ keit hergestellt ist. Wird die so gefertigte Buchse mit einem analog gefertigten Stecker (wozu die Kontaktpartner dann als Steckerstifte ausgebildet sind) zur einer Steckverbindung zusammengesteckt, ist über die gesamte Längserstre¬ ckung der Steckverbindung und der daran angeschlossenen Leitungen die Längswasserdichtigkeit gegeben, so dass an keiner Stelle der Leitungen oder der Steckverbindung Umgebungsmedien in den Kontaktbereich eindringen können.
In den Figuren 4 bis 6 ist noch einmal das gesamte Dichtsystem und dessen Montage anhand einer Buchse für ein Flachbandkabel gezeigt und beschrieben. In Figur 4 ist das vorbereitete Ende des Flachbandkabels 1 mit seinen freigelegten Leitern 2 und das vorgefertigte Dichtungselement 7 erkennbar. In Figur 5 ist gezeigt, dass das Dichtelement 7 über das vorbereitete Ende des Flachbandka¬ bels 1 übergeschoben und dort festgelegt worden ist. Hierzu sind in dem vorangegangenen Arbeitsschritt die elektrischen Leiter 2 des Flachbandkabels 1 auf einer solchen Länge von ihrer Isolierung befreit worden, dass einmal der Kontaktpartner 11 an dem elektrischen Leiter angeschlagen werden kann, was insbesondere mittels einer Crimpverbindung 14 erfolgt. Diese Crimpverbindung 14 hat den wesentlichen Vorteil, dass sie dauerhaltbar und gasdicht ist, um Über¬ gangswiderstände oder Unterbrechungen während der Lebensdauer der fertigen Buchse zu vermeiden. Andererseits hat die Crimpverbindung 14 den Vorteil, dass keine Wärmeeinwirkung erforderlich ist, so dass das angrenzende Dichtelement 7 nicht beschädigt wird. Werden die Kontaktpartner vor dem Aufschieben des Dichtelementes 7 an die Leiter kontaktiert, kann dies auch durch Crimpen, Löten oder Schweißen bewerkstelligt werden. Das Dichtelement 7 wird so vor der Wärme durch Löten oder Schweißen geschont. Das Dichtelement 7 ist seinerseits zu einem Teil über das Fachbandkabel 1 (genauer über seine Isolierung) und andererseits über die elektrischen Leiter 2 übergeschoben worden und schmiegt sich dort an. Der gemäß Figur 5 vorbereitete Endbereich des Flachbandkabels 1 wird nun, wie in Figur 6 gezeigt, in das Gehäuse 12 der Buchse eingeschoben, so dass die Kontaktpartner 11 in den Kontaktkammern 13 des Gehäuses 12
festgelegt werden. In dem den Kontaktkammern 13 abgewandten Bereich des Gehäuses 12 ist dieses zur Aufnahme des Dichtelementes 7 ausgebildet, so dass auch dort das Dichtelement 7 sich an die Innenkontur des Gehäuses 12 an¬ schmiegt. Die Dichtwirkung zwischen dem Dichtelement 7 einerseits und dem Gehäuse 12 bzw. dem Flachbandkabel 1 andererseits kann, muss aber nicht, gegebenenfalls durch eine Klebeverbindung (zum Beispiel Klebefilm an einem der beteilgten Elemente oder an beiden), durch das Auftragen eines Öls, eines Fettes oder dergleichen verbessert werden. So enthält beispielsweise eine Silikondich¬ tung schon einen Ölfilm, so dass dadurch die Dichtwirkung deutlich verbessert wird.
In den Figuren 7 bis 9 ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines Dichtelementes 7 gezeigt und beschrieben. Figur 7 zeigt ein Dichtelement 7 im Querschnitt, wobei verschiedene Lippendichtungen 15, 16, 17 erkennbar sind, die bei Herstellung des Dichtelementes 7 angeformt sind. Die äußere Kontur des Dichtelementes 7 ist mit zumindest einer, insbesondere mehreren, parallel verlaufenden Lippendichtungen 15 versehen, die in Richtung des Gehäuses 12 weisen. Diese Lippendichtungen sind im rechten Winkel oder schräg stehend auf der Oberfläche des Dichtelementes 7 vorhanden und werden beim Einsetzen des Dichtelementes 7 in das Gehäuse 12 verformt, um somit die Dichtwirkung herzustellen. Ergänzend oder alternativ dazu sind im Innenbereich des Dichtele¬ mentes 7 (im Bereich einer Öffnung 8, 9, 10) Lippendichtungen 16, 17 vorhanden, die ebenfalls senkrecht oder schräg stehend angeordnet sind. Die Lippendichtun¬ gen 16 weisen in Richtung der elektrischen Leiter 2, 4, 6 und die Lippendichtun¬ gen 17 weisen in Richtung der Leitungen, 1 , 3, 5. Das Material und die Form der Lippendichtungen 15, 16, 17 und deren Material ist so gewählt, dass sie beim Aufsetzend des Dichtelementes 7 auf die elektrische Leitung, 1 , 3, 5 bzw. beim Einsetzen in das Gehäuse 12 dauerhaft verformbar sind. Damit kann das Dichtelement 7 beispielsweise einen elastisch nicht verformbaren Kern aufweisen, auf dem die elastisch verformbaren Lippendichtungen 15, 16, 17 angeordnet sind. In besonders vorteilhafter Weise besteht aber das gesamte Dichtelement 7 einschließlich seiner Lippendichtungen 15, 16, 17 aus einem elastisch verformba¬ ren Material, so dass es ein einziges Teil herstellbar ist. Die Lippendichtungen 17
sind so ausgeführt, dass sie zur Anlage an die elektrische Leitung 1 (Figur 8) kommen und auch die dazwischen liegenden Bereiche zwischen den elektrischen Leitungen ausfüllen (Lippendichtungen 17). Figur 9 zeigt das Dichtelement 7, welches auf den Endbereich der Leitung 1 aufgeschoben worden ist, wobei anschließend die Anordnung des Kontaktpartners 11 an dem elektrischen Leiter 2 erfolgt ist. Hierbei ist die Dichtigkeit innerhalb des Dichtelementes 7 schon hergestellt, wobei die Längswasserdichtigkeit außerhalb des Dichtelements 7 durch sein Einsetzen in das Gehäuse 12 realisiert wird. Zur Lagefixierung des Dichtelementes 7 innerhalb des Gehäuses 12 weist dieses ein Widerlager 18 auf, welches mit einer der Lippendichtung 15 zusammen wirkt. Das Widerlager 18 kann alternativ oder ergänzend auch nur für den Kontaktpartner gedacht sein. Nachdem das Dichtelement 7 in das Gehäuse 2 eingesetzt worden ist, verschwin¬ det es entweder vollständig in dem Gehäuse 12 oder steht zu einem Teil außen hervor, um somit auch einen Abknickschutz zu gewährleisten. Bei Betrachtung der Figur 8 ist noch zu ergänzen, dass ein der mehrere Widerlager 18 im quer¬ schnittsgrößeren Bereich (Einführbereich) des Gehäuses 12 angeordnet werden können, wobei diese vorzugsweise aber nicht zwangsweise mit den Lippendich¬ tungen 5 des Dichtelementes 7 korrespondieren können.
Während in der vorstehenden Beschreibung von elektrischen Leitungen die Rede war, lässt sich das erfindungsgemäße Dichtsystem auch bei anderen Arten von Leitungen (z.B. Lichtwellenleiter), bei Abzweigern, in Gehäusen von elektrischen oder elektronischen Geräten und dergleichen anwenden. Eine Beschränkung der Anwendung des besonderen Dichtelementes gemäß der Erfindung auf Stecker oder Buchsen ist dabei nicht vorgesehen.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Dichtelement für folgende Anwendungsfälle:
1. Flache Leitungen (FFC, FPC, usw.) und soll auch für einpolige Leitungen eingesetzbar sein.
2. Die Zusammenfassung von mehreren Leitern ist ebenfalls möglich.
3. Verschiedene Leiterarten (Flachleitung, Rasterstegleitung, Draht, Litze, usw.) zusammengefasst in ein Dichtungselement ist ebenfalls möglich.
4. Ideal ist es, wenn die Zusammenfassung von gleichen Leitungen wie zum Beispiel Litzenleitungen realisiert werden kann.
Bezugszeichenliste:
1. Flachbandkabel
2. elektrischer Leiter
3. Rastersteg leitung
4. elektrischer Leiter
5. Einzelleitung
6. elektrischer Leiter
7. Dichtelement
8. Durchführung
9. Durchführung
10. Durchführung
11. Kontaktpartner
12. Gehäuse
13. Kontaktkammer
14. Crimpverbindung
15. Lippendichtung (auf Gehäuseseite)
16. Lippendichtung (auf elektrischen Leiter)
17. Lippendichtung (auf Flachbandkabel)
18. Widerlager