Hybrid-Steckverbinder Dichtes Umspritzen von Einlegeteilen und deren Prüfung

Das Umspritzen von Einlegeteilen, auch Hybridtechnik genannt, ist eine etablierte Technik. Der Trend geht jedoch zu immer komplexeren Bauteilen gepaart mit steigenden Anforderungen an die Dichtigkeit.

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MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

N & H Technology GmbH

Durch die vielen Anwendungsmöglichkeiten spritzgießtechnisch hergestellter Hybridbauteile entstehen immer neue Problemstellungen. Eines dieser Problemfelder ist die Herstellung eines mediendichten Verbundes beim Umspritzen von Einlegeteilen. In einigen Geschäftsbereichen wird der dichte Verbund aus hygienischen Gründen gefordert oder in anderen Fällen, um Beschädigungen im Inneren der Bauteile durch aggressive Medien und Umwelteinflüsse zu verhindern.

Das Kunststoff-Institut Lüdenscheid beschäftigt sich intensiv mit der Herstellung solcher dichten Verbünde. Kundenseitig werden neben komplexen Baugruppen vermehrt Fragestellungen im Bereich der dichten Umspritzung von Steckerkontakten und Rundleitern an das Haus herangetragen.

Das Umspritzen von Steckerkontakten: Problem Spaltbildung

Wird ein umspritzter Steckerkontakt in der Grenzstelle betrachtet, kann man sagen, dass die Umspritzmasse sich dicht an den Einleger angepasst hat. Bei näherer Betrachtung, wie z.B. mittels einer rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme (REM), werden Spalte sichtbar (Bild 1).

Diese Spalte liegen bei Probekörpern des Kunststoff-Instituts Lüdenscheid im Bereich von 14 bis 18 µm. Diese Spaltbildung reicht aus, um Feuchtigkeit aufgrund der Kapillarwirkung eindringen zu lassen. Diese Feuchtigkeit gelangt zu den elektronischen Komponenten und verursacht dort Kurzschlüsse, Fehlströme oder lässt die Kontakte sogar korrodieren, wodurch die dauerhafte Funktion stark beeinträchtigt werden kann.

Ziel eines am Kunststoff-Institut durchgeführten Verbundprojektes war es, eine Matrix zu erstellen, aus der die erreichbaren Dichtigkeiten für Metall-Kunststoff-Verbindungen entnommen werden können.

Diese Matrix sollte, auf Praxisversuchen beruhend, als Entscheidungshilfe dienen, um im Vorfeld erreichbare Dichtigkeiten abschätzen zu können bzw. um dem Anwender eine Übersicht zu geben, welche Verfahren zur Verfügung stehen, um die Dichtigkeiten an Hybridbauteilen zu erhöhen.

Variation der Verfahrensparameter und Einlegertemperaturen beim Umspritzen

Bei den Metall-Kunststoff-Verbindungen wurden Stanzgitter aus einer CuSn6-Legierung mit verzinnter Oberfläche in die Versuchsreihe eingebunden. Um den Einfluss auf die erreichbaren Dichtigkeiten aufzuzeigen, wurden die Umspritzmaterialien, die Verfahrensparameter und die Einlegertemperaturen variiert.

Ferner wurde der Einsatz von Haftvermittlern und zusätzlichen Fertigungsschritten auf die Dichtigkeit berücksichtigt. Die erreichten Leckagen der Versuchsteile wurden mittels Differenzdruckmethode ermittelt. Um den Einfluss der Alterung zu analysieren, wurden die Bauteile drei unterschiedlichen Klimawechseltests ausgesetzt.

Es wurde gezeigt, dass der Füllstoffanteil und die -art des Umspritzmaterials einen großen Einfluss auf die Dichtigkeit des Hybridbauteils haben. Glaskugelgefüllte Werkstoffe zeigten geringere Leckagen als glasfasergefüllte Materialien. Dies ist aller Wahrscheinlichkeit nach auf eine näherungsweise isotrope Schwindung derartiger Materialien zurückzuführen.

Glasfasergefüllte Werkstoffe schwinden anisotrop und führen zu größeren Spalten und daher zu größeren Leckagen. Grundlegend konnte ermittelt werden, dass höhere Füllstoffgehalte tendenziell zu höheren Leckagen führen.

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