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Durch die Entwicklung eines hochleitfähigen korrosionsstabilen Masterbatches mit guten Gleiteigenschaften können die Kontakte und leitfähigen Bahnen im Stecker zum textilen Substrat hin ebenfalls spritzgegossen werden. Dies gewährleistet eine ausreichende Waschfestigkeit und Benutzungsstabilität nach textilüblichen Belastungsarten im Gebrauch.

Mehrteiliger Mikrospritzgießprozess zur Steckverbinder-Herstellung

Zur Realisierung der textilkompatiblen elektrischen Verbindungstechnik ist wie bereits angesprochen ein Steckverbinder konzipiert worden, der mit einem neuartigen Verfahren entgegen üblicher konventioneller Methoden mit einem mehrteiligen Mikrospritzgießprozess praktisch in einem Stück hergestellt wird. Auf diese Weise lassen sich einschlägige Nachteile herkömmlicher Technologien überwinden.

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In diesem neuartigen Prozess entstehen die wesentlichen Elemente einer Steckverbindung praktisch gleichzeitig. Die Steckerstifte können ohne notwendige Preforms (i.S.v. Vorprägeteilen) und die innere Kontaktierung zur textilen Leiterstruktur mit einem elektrisch leitfähigen, ebenfalls mikrospritzgießfähigen Polymer-Compound ohne Crimp- oder Lötarbeiten im Spritzguss erzeugt werden.

Die mechanische Fixierung der Kontaktstifte und ihre gleichzeitige Isolierung gegeneinander, sowie ein alles umfassendes, ebenfalls isolierendes Gehäuse mit integrierter innerer Zugentlastung entsteht in einem Prozessschritt. Selbst die Spezialform, die das Handling zum Gebrauch ermöglicht und gleichzeitig den Festigkeitsübergang oder treffender den Sprung zwischen dem harten und kompakten Gehäuse und dem flexiblen textilen Band in optimaler Form gewährleistet, indem diese strukturgefährliche Belastungsspitzen abbaut, wird in einem Prozessschritt realisiert.

Dies muss allerdings bereits bei der Konstruktion des entsprechenden Sprizgusswerkzeuges berücksichtigt werden und bedarf zunächst aufwendiger Optimierungsschritte. Durch die artverwandte polymere Matrix, was durch entsprechende Formgebung an bestimmten Stellen noch unterstützt wird (Durchspritzen, Formwarzen), können thermische und anderweitige Spannungen im fertigen Steckverbinder vermieden werden. Im Ergebnis sind die Einzelelemente im Steckerinneren miteinander faktisch verschweißt und erreichen somit eine hohe Zugfestigkeit und Belastberkeit.

Funktionsmuster USB-A-Steckverbinder

Als Grundstruktur für die Realisierung eines ersten Funktionsmusters ist die Form eines USB-Steckverbinders im Format Plug-In nach USB-A gewählt worden. Diese ist damit praktisch vergleichbar mit der Steckerseite eines USB-Kabels als eine sogenannte hermaphroditische Kontaktstruktur, die für Realisierung und späteren Einsatz Vorteile bringt.

In den finalen Funktionsmustern kommt für die leitfähige Kontaktstruktur eine Kombination von Kohlefasern mit Leitgrafit zum Einsatz. Diese wird in die Polymermatrix möglichst gleichmäßig eingearbeitet und bildet das eigentliche Compound.

Diese sogenannten hochgefüllten Compounds stellen hohe Anforderungen an die Spritzgießtechnik. So sind generell relativ hohe Temperaturen und Drücke notwendig, um die Fließfähigkeit der Compounds bei den notwendigen Füllgraden (hinsichtlich Leitfähigkeit) und den kleinen Kavitäten (zu füllende Hohlräume im Werkzeug = späteres Produkt) zu sichern (Querschnitt Kontaktkörper 1 mm x 2 mm).

Konkurrierend dazu steht die Leitfähigkeit im Körper der spritzgegossenen Kontaktstifte, die selbstverständlich so hoch wie möglich sein soll und der Perkolation (stark nichtlinear ansteigender Verlauf der Leitfähigkeit von Körpern oder Volumina ab einem bestimmten Mischungsverhältnis bzw. dem Grad des Anteils leitfähiger Partikel im Verhältnis zur umgebenden neutralen Matrix.) unterliegt bzw. durch die Perkolationstheorie beschrieben wird.

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