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Title:
SEAL TESTABLE ELECTRIC CONTACT ARRAY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/039898
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electric contact array having two contacts between which an electrically conductive connection exists, wherein the contact array is watertight and dust-tight, wherein the contacts are disposed in a sealed area. According to the invention, two sealing elements are disposed at a distance from one another in order to seal the sealed area. A test area is provided between the sealing elements, said test area having a hole that enables access from the outside.

Inventors:
SCHUMANN HEIKO (DE)
AHLBORN STEPHAN (DE)
BLOMERIUS HARALD (DE)
Application Number:
PCT/DE1999/003710
Publication Date:
July 06, 2000
Filing Date:
November 18, 1999
Export Citation:
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Assignee:
HENGST WALTER GMBH & CO KG (DE)
SCHUMANN HEIKO (DE)
AHLBORN STEPHAN (DE)
BLOMERIUS HARALD (DE)
International Classes:
G01M3/26; H01R13/52; H01R13/533; (IPC1-7): H01R15/00; G01M3/26; H01R13/52
Foreign References:
GB2016216A1979-09-19
US5703280A1997-12-30
US5596138A1997-01-21
GB2013989A1979-08-15
EP0327118A21989-08-09
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 018, no. 586 (E - 1627) 9 November 1994 (1994-11-09)
Attorney, Agent or Firm:
HABBEL & HABBEL (Am Kanonengraben 11 Münster, DE)
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Claims:
Patentansprüche :
1. Elektrische Kontaktanordnung, mit zwei Kontakten, zwischen denen eine elektrisch leiten de Verbindung besteht, wobei die Kontaktanordnung wasserdicht und staubdicht ist, und wobei die Kontakte in einem abgedichteten Raum an geordnet sind, dadurch qekennzeichnet, daß zur Abdichtung des abge dichteten Raums zwei Dichtungselemente (11,12) im Ab stand zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den Dichtungselementen (11,12) ein Prüfraum (14) geschaffen ist, und wobei der Prüfraum (14) eine von außen zugängliche Öffnung (16) aufweist.
2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß zwei Bauteile (1,7) vorgesehen sind, wobei jedes Bauteil (1,7) einen der beiden Kontakte (2,6) auf weist und wobei ein Bauteil (7) einen Zapfen (8) aufweist und das andere Bauteil (1) eine Aufnahmeöffnung (9) für den Zapfen (8), wobei zwischen der Außenfläche des Zapfens (8) und der Innenfläche der Aufnahmeöffnung (9) ein Ringspalt (10) gebildet ist, in welchem die beiden Dichtungselemente (11,12) angeordnet sind.
3. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch qekenn zeichnet, daß der Zapfen (8) und die Aufnahmeöffnung (9) eine runde Kontur aufweisen.
4. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch qekenn zeichnet, daß zwischen den beiden Kontakten (2,6) eine ein Axialspiel zwischen den beiden Kontakten (2,6) aus gleichende elastische Feder (4) angeordnet ist.
5. Kontaktanordnung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch qekennzeichnet, daß die Dichtungsele mente (11,12) als ORinge ausgebildet sind.
6. Kontaktanordnung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch qekennzeichnet, daß zwei Bauteile (1,7) vorgesehen sind, wobei jedes Bauteil (1,7) einen der bei den Kontakte (2,6) aufweist, und daß die beiden Bauteile (1,7) fixiert sind gegen Relativbewegungen zueinander in der Ebene, in der eines der beiden Dichtungselemente (11, 12) angeordnet ist.
Description:
"Dichtprüfbare elektrische Kontaktanordnung" Die Erfindung betriffl eine elektrische Kontaktanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Gattungsgemäße Kontaktierungen sind im Automobilbau bei- spielsweise aus dem Bereich der Zündanlagen bekannt. Die Kontaktierungen beispielsweise zwischen Verteiler und Zündka- bel oder zwischen Zündkabel und Zündkerze sind dabei leicht zugänglich und können auf einfache Weise auf ihre Dichtigkeit kontrolliert werden, beispielsweise vom Fahrzeugbenutzer oder einer Werkstatt. Die Dichtigkeit ist eine wesentliche Vorausset- zung insbesondere im Hochspannungsbereich dafür, daß nicht durch eindringende Feuchtigkeit Kurzschlüsse und Spannungs- überschfäge ermöglicht werden, die zu einer Fehlfunktion der betreffenden elektrischen Anlage führen können.

Die erwähnte Kontrolle der Dichtigkeit erfolgt allerdings da- durch, daß die beiden Kontakte voneinander getrennt werden,.

Nachteilig ist daher, daß eine Überprüfung der Dichtigkeit nicht im Montagezustand der beiden Kontakte erfolgen kann. Nach der erwähnten Kontrolle, selbst wenn diese die bisherige Dich- tigkeit der Kontaktanordnung ergeben haben sollte, kann bei der

erneuten Montage der beiden die Kontakte aufweisenden Bau- teile die Dichtigkeit der Verbindung dieser beiden Bauteile auf- grund von Verschmutzungen beeinträchtigt sein, so daß jede Dichtigkeitsprüfung das Risiko in sich birgt, ihrerseits eine Un- dichtigkeit zu erzeugen.

Die erwähnte Kontrolle der Dichtigkeit erfolgt üblicherweise im Rahmen einer Fehlersuche, wo die Aussage ausreicht, daß die Kontaktanordnung in der Vergangenheit z. B. dicht war und somit als Fehlerquelle ausscheidet. Für die Aussage z. B. eines Herstellers, ob eine Kontaktanordnung innerhalb einer auszulie- fernden Baugruppe die erforderliche Dichtigkeit aufweist, sind gattungsgemäße Kontaktierungen daher nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsge- mäße Kontaktanordnung dahingehend zu verbessern, daß sie eine zuverlässige Prüfung der Kontaktanordnung auf Staub-und Wasserdichtigkeit ermöglicht, wobei eine Beschädigung der Dichtungsmittel sowie eine Öffnung des die Kontakte aufwei- senden abgedichteten Raumes durch die Prüfung ausgeschlos- sen sein soll.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Kontaktanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, zwei Dichtungs- elemente vorzusehen, von denen eines die Kontaktanordnung gegenüber der Umwelt abdichtet. Zwischen diesen beiden Dichtungselementen, die voneinander beabstandet sind, wird ein Prüfraum geschaffen, der von außen zugänglich ist. Auf die- se Weise kann in diesem Prüfraum ein gegenüber dem Umge- bungsdruck unterschiedlicher Überdruck oder Unterdruck ange- legt werden. Die Dichtungselemente müssen daher während der Prüfung nicht berührt werden, so daß die Gefahr einer Beschä- digung ausgeschlossen ist. Der abgedichtete Raum, in dem sich die Kontakte befinden, bleibt während der Prüfung geschlossen.

Da sich die gesamte Baugruppe einschließlich der Dichtungs- elemente in ihrem zusammengebauten Zustand befindet, liegt ein aussagekräftiges Prüfergebnis vor, denn Verschiebungen, Verformungen oder andere Einflüsse auf die Dichtungselemente finden anschließend an die Prüfung nicht mehr statt..

Verändert sich der angelegte Prüfdruck, ohne sich jedoch dem Umgebungsdruck anzugleichen, so kann davon ausgegangen werden, daß die innere Dichtung beschädigt ist, d. h. das Dich- tungselement, welches dem Raum, in dem die beiden Kontakte angeordnet sind, benachbart ist. Die Veränderung des Prüfdruk- kes ergibt sich durch den Druckausgleich zwischen dem Prüf- raum einerseits und dem Raum andererseits, in dem die beiden Kontakte angeordnet sind.

Um eine zuverlässige Dichtigkeit der ausgelieferten Baugruppen sicherzustellen, kann daher diese festgestellte Undichtigkeit zum Ausschuß der geprüften Baugruppe führen.

Bei einer derartigen Undichtigkeit ist das Prüfergebnis allerdings ein Anzeichen dafür, daß zumindest die äußere Dichtung eine ausreichende Dichtigkeit aufweist, denn der Druckausgleich fand nur zwischen dem Prüfraum und dem abgedichteten Raum statt. Wird nun die von außen zugängliche Öffnung des Prüf- raums abgedichtet, beispielsweise durch Verfütien mit Klebstoff oder durch Einsetzen eines Dichtungsstopfens, so ist eine Leckage durch diese Prüföffnung mit einer sehr hohen Wahr- scheinlichkeit ausgeschlossen und die gesamte Kontaktanord- nung kann als eine mit dieser Wahrscheinlichkeit dichte Bau- gruppe ausgeliefert werden.

Findet hingegen eine Druckänderung beim Anlegen des Prüf- druckes statt, bei der sich der Prüfdruck dem Umgebungsdruck angleicht, so kann davon ausgegangen werden, daß die äußere Dichtung, die der äußeren Umgebung benachbart vorgesehen ist, undicht ist. Eine Aussage über die Dichtigkeit der inneren

Dichtung kann in diesem Fali nicht getroffen werden. Vorsichts- halber ist die gesamte Kontaktanordnung als undicht anzusehen und nachzubessern, bevor sie einer erneuten Prüfung unterzo- gen und dann ggf. aussortiert oder ausgeliefert werden kann.

Vorteilhaft können die beiden Kontakte jeweils in einem eigenen Bauteil vorgesehen sein, wobei die beiden Bauteile ineinander- gesteckt werden können. Auf diese Weise ist eine vergleichs- weise einfache und preisgünstige sowie zuverlässige Ausgestal- tung der Dichtungen möglich.

Insbesondere ist dabei vorteilhaft, wenn der Zapfen des einen Bauteiles und die korrespondierende Aufnahmeöffnung des an- deren Bauteiles jeweils eine runde Kontur aufweisen, da dann ggf. preisgünstige handelsübliche Dichtringe Verwendung finden können und zudem eine zuverlässige Dichtigkeit leichter erziel- bar ist als mit polygonalen Dichtungskonturen.

Dabei können insbesondere vorteilhaft handelsübliche O-Ringe Verwendung finden, die bewährte und zuverlässige Dichtungs- elemente darstellen und die preisgünstig und handelsüblich sind.

Eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den beiden Kontakten kann auf einfache und preisgünstige Weise durch ei- ne Feder, beispielsweise eine Druckfeder, gesichert werden, die zwischen den beiden Kontakten angeordnet ist und ein Axial- spiel zwischen den beiden Bauteilen bzw. zwischen den beiden Kontakten kompensiert. Eine als Wendel-bzw. Schraubenfeder ausgestaltete Feder kann durch ihre Verformung unmittelbar ei- nen Längenausgteich zwischen den beiden Kontakten bewirken, wobei sie den Kontakten an stets denselben Stellen anliegt. Ei- ne mit dem einen Kontakt elektrisch verbundene und an dem anderen Kontakt seitlich anliegende Blattfeder kann auch ohne Verformung das Axialspiel der Kontakte ausgleichen, indem sie dem anderen Kontakt an unterschiedlichen Stellen anliegt.

Unabhängig von Fertigungstoleranzen oder Bewegungen wäh- rend des Betriebes des Bauteiles, beispielsweise aufgrund von Schwingungsanregungen, ist so eine zuverlässige Verbindung der beiden Kontakte durch die Feder gewährt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich- nung im folgenden näher erläutert.

Dabei ist mit 1 ein erstes Bauteil bezeichnet, welches aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff besteht, beispielsweise aus Kunststoff. Innerhalb des ersten Bauteiles 1 ist ein erster Kon- takt 2 angeordnet, der als Hülse mit zwei Abschnitten ausgestal- tet ist : Ein unterer Abschnitt 3 mit geringerem Durchmesser dient zur Aufnahme und Führung einer Druckfeder 4, die als Wendelfeder ausgestaltet ist. Ein oberer Abschnitt 5 mit größerem Durchmesser dient zur Aufnahme eines zweiten Kontaktes 6.

Dieser zweite Kontakt 6 ist in einem zweiten Bauteil 7 angeord- net, welches ebenfalls elektrisch isolierende Eigenschaften auf- weist. Der zweite Kontakt ist im wesentlichen stiftartig ausgebil- det und erstreckt sich mit einem Abschnitt geringeren Durch- messers in den Innenraum des hülsenförmigen ersten Kontaktes 2, wobei die eigentliche elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontakten 2 und 6 durch die Druckfeder 4 hergestellt wird.

Abweichend von dem dargesteliten Ausführungsbeispiel ist selbstverständlich eine abweichende Kontaktierung dahinge- hend möglich, daß die dargestellte Feder 4 als Zugfeder aus- gebildet sein kann, wobei dann alerdings eine erschwerte Mon- tage die Folge ist, da diese Feder an den beiden Kontakten be- festigt werden müßte. Abweichend von dem dargestellten Aus- führungsbeispiel kann jedoch auch beispielsweise eine seitliche Blattfeder innerhalb des hülsenförmigen ersten Kontaktes 2 vor- gesehen sein, die unabhängig von der axialen Stellung des

zweiten Kontaktes 6 diesen Kontakt berührt und die Verbindung zwischen den beiden Kontakten 2 und 6 herstellt. Andere, an sich bekannte Arten der Kontaktausbildung sind hier ebenfalls anstelle des dargestellten Ausführungsbeispieles denkbar.

Das dargestellte Ausführungsbeispie ! betrifft die Kontaktierung zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die Sprühelektro- de eines Elektrofilters, wie er beispielsweise zur Olabscheidung in der Kurbe<gehäuseent von Verbrennungsmotoren, bei- spielsweise im Bereich des Automobilbaues, eingesetzt werden kann. Dabei kann der erste Kontakt 2 mit einem Kabel verbun- den sein, und an den zweiten Kontakt 6 kann sich ein Haltearm anschließen, der beispielsweise aus der dargestellten Zeich- nung nicht sichtbar nach hinten aus dem zweiten Bauteil 7 her- ausgeführt ist und die eigentliche Sprühelektrode trägt.

Für die dargestellte Kontaktanordnung ist es wichtig, daß die Kontakte 2 und 6 frei von Verschmutzungen und insbesondere von Feuchtigkeit bleiben. Zu diesem Zweck bildet das zweite Bauteil 7 einen Zapfen 8 mit kreisförmigem Querschnitt aus, wobei das erste Bauteil 1 eine korrespondierende Aufnahmeöff- nung 9 mit ebenfalls kreisförmigem Querschnitt zur Aufnahme des Zapfens 8 aufweist. Die Durchmesser von Zapfen 8 und Aufnahmeöffnung 9 sind aufeinander derart abgestimmt, daß ein Ringspalt 10 verbleibt. In diesem Ringspalt 10 sind voneinander beabstandet zwei übereinander angeordnete Dichtelemente 11 und 12 in Form von O-Ringen vorgesehen. Eine Beweglichkeit der beiden Bauteile 1 und 7 in der Ebene, in der sich eines der Dichtelemente 11 und 12 befinden, ist durch einen mittleren Stutzen verhindert, der am Bauteil 1 vorgesehen ist, den Kontakt 2 umgibt und der Innenfläche des Zapfens 8 anliegt. Quet- schungen der Dichtelemente 11 und 12 einerseits oder ein un- genügender Kontakt der Dichtelemente 11 und 12 an entweder dem Zapfen 8 oder der Aufnahmeöffnung 9 sind auf diese Wei- se ausgeschlossen.

Durch den Abstand zwischen den beiden Dichtungselementen 11 und 12 wird ein ringförmiger Prüfraum 14 geschaffen, der eine von außen zugängliche Öffnung 15 aufweist, wobei diese Öffnung 15 an eine Prüfbohrung 16 anschließt, die in der Außenseite des ersten Bauteiles 1 ihre Mündungsöffnung auf- weist.

Die Prüfbohrung 16 kann nach Montage der gesamten Kon- taktanordnung mit einem Stutzen verschlossen werden, wobei dafür vorgesehene Anschlußmittel wie z. B. ein nicht dargestell- ter Gewindeflansch oder eine um das Bauteil 1 führende Man- schette vorgesehen sein können, um eine dichte Anlage des Stutzens an der Prüfbohrung 16 sicherzustellen. Anschließend kann der Prüfraum 14 einem speziellen Druck als Prüfdruck ausgesetzt werden, beispielsweise einem Über-oder einem Unterdruck, der durch den Stutzen in die Prüfbohrung 16 einge- leitet wird.

Insbesondere kann ein standardisiertes Prüfverfahren durchge- führt werden, bei dem im Prüfraum 14 ein Überdruck dadurch erzeugt wird, daß an die Prüföffnung 16 ein Raum mit definier- tem Volumen dicht angelegt wird und das Volumen dieses ange- legten Raumes anschließend um ein definiertes Maß verringert wird, beispielsweise um die Hälfte. Bei Dichtigkeit der Kon- taktanordnung muß sich dann ein vorgegebener Druck im Prüfraum 14 und in der Prüföffnung 16 einstellen, der als Prüf- druck bezeichnet ist.

Verändert sich der Prüfdruck nicht, so ist sichergestellt, daß beide Dichtelemente 11 und 12 die vorgeschriebene Dichtigkeit aufweisen. Die dargestellte Baugruppe, die Teil des Elektro- Abscheiders darstellt, kann daher als"i. O."-Baugruppe vom Zu- lieferer an einen Automobilhersteller bzw. Motorenhersteller ausgeliefert werden.

Verändert sich der Prüfdruck, ohne sich jedoch dem Umge- bungsdruck anzugleichen, so deutet dies auf eine Leckage im Bereich des unteren Dichtelementes 12 hin, so daß sich der im Prüfraum 14 herrschende Druck mit dem Druck ausgleicht, der im abgedichteten Raum herrscht, welcher die beiden Kontakte 2 und 6 aufnimmt und welcher vom unteren Dichtelement 12 ein- geschlossen ist. Weiterhin stellt ein derartiges Prüfergebnis die korrekte Dichtigkeit. des oberen Dichtelementes 11 dar, weil sich andernfalls der Prüfdruck dem Umgebungsdruck angleichen würde.

Die Baugruppe kann also nicht als"i. O."ausgeliefert werden, sondern muß aussortiert werden oder, falls eine minimale Rest- wahrscheinlichkeit an Undichtigkeit akzeptabel ist, muß der Prüfraum 14 gegenüber der Umgebung abgedichtet werden.

Dies kann beispielsweise durch Einspritzen von Klebstoff in die Prüfbohrung 16 erfolgen, so daß sich dieser Klebstoff mit dem Kunststoffmaterial des ersten Bauteiles mit einer sehr großen Wahrescheinlichkeit ausreichend dicht verbindet. Alternativ kann evtl. ein Gewinde in der Prüfbohrung 16 vorgesehen sein, so daß eine Dichtungsschraube in die Prüfbohrung 16 einge- schraubt werden kann und diese Prüfbohrung 16 bzw. den da- hinter liegenden Prüfraum 14 gegenüber der Umgebung abdich- ten kann.

Wird beim Anlegen des Prüfdruckes im Prüfraum 14 festgestellt, daß dieser Prüfdruck sehr starken Veränderungen unterliegt und sich an den Umgebungsdruck angleicht, so ist damit eine Un- dichtigkeit des oberen Dichtungselementes 11 festgestellt, da offensichtlich ein Druckausgleich zur Umgebungsatmosphäre erfolgt. Eine Aussage über das Maß der Dichtigkeit des unteren Dichtungselementes 12, also darüber, ob der abzudichtende Raum mit den Kontakten 2 und 6 geöffnet ist oder nicht, kann bei einem derartigen Prüfverhalten nicht getroffen werden. Vor- sichtshalber wird daher die gesamte Baugruppe nicht als"i. O." ausgeliefert, sondern vielmehr aussortiert. Gegebenenfalls

können die Dichtungselemente 11 und 12 überprüft und zumin- dest das undichte Dichtungselement 11 ausgetauscht werden, so daß die gesamte Baugruppe einer erneuten Überprüfung unterzogen werden kann.

Da die Kontakte 2 und 6 innerhalb ihrer jeweiligen Bauteile 1 bzw. 7 abgedichtet angeordnet sind, besteht grundsätzlich die Möglichkeit für Undichtigkeiten nur im Grenzbereich zwischen diesen Bauteilen 1 und 7. Durch das untere Dichtungselement 12 wird der Raum, in dem die beiden Kontakte 2 und 6 ange- ordnet sind, abgedichtet. Das obere Dichtungselement 11 stellt eine zusätzliche Sicherheit gegenüber Undichtigkeiten dar, so- bald der Prüfraum 14 dicht verschlossen ist.

Die dargestellte Kontaktanordnung weist den Vorteil auf, daß- ohne die Dichtigkeit der Dichtelemente 11 bzw. 12 zu gefährden und ohne den abzudichtenden Raum zu öffnen-eine Prüfung der fertig montierten Baugruppe auf Dichtigkeit erfolgen kann.

Dies ist insbesondere auch für Qualitätskontrollen beim Kunden vorteilhaft, z. B. wenn die Baugruppen über längere Transport- wege verschickt werden und der Abnehmer zumindest stichpro- benweise eine Überprüfung der Baugruppen auf Dichtigkeit durchführen möchte. Im konstruktiv vorgesehenen Normalfall, der eine Dichtigkeit beider Dichtungselemente 11 und 12 vor- sieht, ist die vorgeschlagene Konstruktion zudem aufgrund der doppelten Abdichtung besonders zuverlässig und betriebssi- cher, sofern die Prüföffnung 16 bzw. der Prüfraum 14 dicht ver- schlossen ist.