生产介质密封材料复合体的方法、金属套筒和具有这类金属套筒的传感器与流程

生产介质密封材料复合体的方法、金属套筒和具有这类金属套筒的传感器
1.本发明涉及一种生产介质材料复合体的方法，具体地，是一种由塑料围绕的固态主体的介质密封布置，该固态主体是优选经屏蔽的电插头连接器。此外，本发明涉及优选地圆筒形金属套筒，该圆筒形金属套筒尤其作为插头连接器的部件。最后，本发明涉及一种包括金属套筒的插头连接器或传感器。
2.在此应当指出，固态主体或金属部件可以借助不同方法而被塑料围绕。以下仅作为示例提及注射模制工艺，但并不限于此。
3.具体地，许多应用可在封装的插头中使用，传感器区域和/或室外区域仅作为示例进行参考。根据具体的应用领域，对此类插头的密封性有高要求。这称之为对介质密封封装的需求。根据保护等级，特别是ip67、ip68或ip69k，封装可以是完工前的最后操作。在发生泄漏的情况下，先前的所有附加价值都会变得一文不值，例如，封装的插头会变成废品。在外部应用的情况下(户外插头、hec)，密封性更加重要，对材料和/或材料复合体的要求也随之提高。这可能需要增加密封性，例如，保护等级ipx7、ipx8或ipx9k，这样，即使在高压/蒸气喷射清洁的情况下，也能充分保护介质密封材料复合体。此外，对于最大耐候性的要求可能会增加，例如，抗紫外线照射和/或散落的要求。
4.从实践中已知，对于刚模制的部件，可以很好地实现介质密封封装。然而，如果部件老化，则会由于例如金属套筒与封装部之间的边界层收缩而形成间隙。由于吸湿效应，水分穿过间隙渗透部件。
5.除老化过程之外，金属和通常由塑料制成的封装材料的不同膨胀系数也是形成裂纹的原因。另外的重要影响标准是材料或其组合、部件的几何形状、生产方法、工具设计和对应的过程管理。介质密封材料复合体失效的材料因素是间隙的形成和塑料部件中的微裂纹的出现，这基本上可归因于金属部件与塑料部件之间缺乏粘合，但也可归因于机械固化应力。
6.因此，本发明的目的是提出一种方法，根据该方法，由塑料围绕的区域在长时间内也是介质密封的。
7.具体地，这将适用于通常的金属部件与塑料之间的交界面，特别是作为插头连接器的部件。优选地，将实现无裂纹和无间隙的封装以及金属－塑料复合件的改善的粘合。最后，将提出一种相应接口，这种接口具有由塑料围绕的金属套筒，其由根据本发明的方法进行生产。
8.根据本发明的方法借助权利要求1的特征实现所述目的。因此，围绕固态主体，尤其是围绕优选屏蔽电插头(shielded electrical plug)的部件生产介质密封塑料涂层，该屏蔽电插头的部件例如可以是传感器的部件。根据本发明，对与塑料接触的部件表面进行预处理，以增加塑料对部件的粘合。
9.本发明以在制造过程期间在金属部件与塑料之间建立润湿改善的构思为基础，该润湿改善是由于交界面能相对于相应部件的表面能或表面张力的优化。最终，这涉及在润湿期间对接触角度进行优化。
10.由于有足够好的粘合，即使在较长期使用的情况下，甚至在部件具有不同膨胀系数的情况下，也有效地减少/避免了金属表面与塑料之间间隙的形成。由于介质密封材料复合体变得更加坚固，这对产品是有利的。其结果是，在不利条件下也可以确保足够的密封性。
11.根据一个实施例，固态主体由塑料封装，例如由聚氨酯封装。在预处理之后进行封装，特别是在预处理之后直接进行封装。由于封装的结果强烈依赖于塑料在固态主体上的粘合/清洁度，预处理与封装之间的短时间段是有利的。
12.固态主体通常可以是插入件。例如，其也可以是围绕插头连接器的壳体或焊接层，优选借助集成金属－塑料注射模制“impim”来生产。这种结构的封装也可以通过预处理得到显著改善。
13.还可以通过最大化插头套筒和塑料封装部的互锁来提高预处理的效果。例如，喷砂、激光构造、特别是纳米级雕刻，都是为此目的而提出的。
14.作为对封装的替代，固态主体也可以用塑料铸造(浇铸)，或用塑料烧结包封。作为预处理的结果，粘合也可以在此处得到优化，并且可以减少间隙和/或裂纹的形成。
15.有利地，该固态主体是套筒，或包括套筒的布置，其中，所述套筒可以是圆筒形的。因此，插头包括插头套筒。所述插头套筒可以经由接触区域至少部分地与塑料直接接触，其中，该接触区域可以被预处理。
16.插头套筒的预处理可以是机械和/或化学和/或物理预处理。此处可能重要的是，预处理的过程有利于金属与塑料材料之间的粘合。
17.在已经包括几何形状优化或类似的结构措施时，例如，设置一个或多个周向沟槽作为对于介质的迷宫，那么预处理也会带来对密封性的显著改善，将避免介质渗透。预处理与另一几何构造或另外的部件相结合，也能取得显著改善。例如，提及了在封装前施加于金属固态主体的收缩软管，或在封装该结构之前引入金属固态主体的沟槽中的o形环。
18.预处理取代了各种与优化润湿有关的工艺，特别地，这些工艺是常用的粘合促进剂/引剂，其专门适于所使用的封装材料，尤其适于作为封装材料的聚氨酯。
19.在工艺优化的范围内，可以进行预处理的另外的附加变型，例如，呈在封装之前预热涂覆有二氧化钛的金属固态主体的形式。
20.预处理以光催化方法为基础，可借助紫外线照射而包括进行由于光催化自清洁而导致的对表面的清洁和水层的形成。以这种方式，可以实现表面的亲水化。
21.优选地，预安装的接口，尤其是传感器的已涂覆套筒可通过紫外线照射来激活。还可设想紫外线表面清洁和/或以氧气或臭氧作为反应伙伴进行激活，并且可以使得表面的润湿得以优化。与例如使用引剂的化学方法方案相比，在借助紫外线照射的生产过程中，预计不会对健康造成危害。这些部件可以作为已涂覆件进行供应，优选地被涂覆有由二氧化钛基纳米颗粒组成的层。因此，没有必要例如在生产中提供抽吸装置或类似装置，从而保持低投资成本。因此，如今惯用的人工/手工加工可以继续不变。套管上的任何有机残留物在封装过程中都是非常有害的，只有使用光催化清洁才能去除而不留下任何残留物。
22.预处理的目的是改善被包封部件的表面与包封件之间的润湿，该改善是由于待包封部件与包封材料之间的交界面中的交界面能相对于待包封材料的表面与包封件的表面能和表面张力之和的优化，尤其是降低。具体地，例如金属表面的待包封部件表面与用于包
封的塑料之间的接触角度可以因此减小。
23.对于包封的金属套筒，重要的是所述套筒是插头连接器或传感器的部件。由金属套筒和包封件制成的构造由根据具有前述特征的方法执行。
24.这同样适用于根据本发明的传感器(接口)，其可包括包封的金属套筒，尤其是根据前述实施例的插头连接器。
25.鉴于以上陈述，很明显，上述的润湿并不是唯一通过紫外线照射得到改善的事物。事实上，光催化燃烧可以达到清洁效果。
26.以这种方式预处理的表面使得，在包封后，金属表面与包封材料之间能随之产生足够好的粘合。套筒可以从外部和/或内部进行处理。紫外光激活也可以从内部和/或外部进行。
27.所用的包封方法可以是塑料注射模制工艺范围内的所谓热喷涂方法。根据要求，铸造和烧结也是可能的。
28.预处理进一步确保生产运行轻松、稳健、同时高度可靠，并显著减少浪费。就制造技术而言，有利的是，该方法可以在制造过程中实施，即在现有的制造/组装过程中实施。必须确保周期时间不会缩短。紫外光激活所需的曝光时间可选择为小于生产周期，这样产量就不会降低。
29.此外，该方法不涉及与生产中的职业健康和安全措施有关的另外成本。该方法可以很容易地在现有的生产过程中实施。所供应的金属部件，尤其是由外部供应商交付的呈大件材料(bulk material)形式的金属固态主体，可以照常安装。在实际封装之前，可以内联地进行紫外线照射。套筒中的通孔还有助于确保套筒的关键内部分(弯曲部)中的照射。紫外线照射所需时间少于100秒。即使更长的照射时间也无损于激活，但出于技术生产原因，这是非期望的。因此，如果有必要，可以检查预处理是否形成了预期效果。此后，也称为注射模制部件的固态主体可以置入注射模制工具中并封装，然后搁置一旁。该过程按以下方式重复进行：下一个注射模制部件的紫外线照射以及对应的插入。
30.由于不需要如同例如对其中一些是剧毒的引剂(常规的粘合促进剂)的任何类型的提取或处置，因此该方法也更环保。在供应商处施加二氧化钛层也是环保的。
31.此外，还要求相应的所制造的部件的储存能力必须为两年及以上，并且无需在储存和运输方面采取特殊保护措施。这意味着在上述期间，预处理的效果，以及最终地，各部件之间的粘合得以保持。部件合格的重要因素是无功能损失或无视觉变化情况下的最大允许储存期。在已知方法中，金属的激活通常非常不稳定，因此在时间方面受到很大限制。已经表明，借助紫外光照射进行激活可以完全重现并反复恢复光催化自清洁的效果。技术用剂优选符合欧盟指南、rohs“限制[使用特定]有害物质”和reach－“化学品的注册、评估、授权和限制”。
[0032]
以有利的方式设计和开发本发明的教示存在多种可能性。为此，一方面参考引用权利要求1的权利要求，另一方面参考随后借助附图所进行的对本发明优选示例性实施例的阐述。教示的一般优选设计和开发也会结合对本发明的优选示例性实施例的阐述参考附图进行阐述。附图中所示为以下：
[0033]
图1是包封在塑料中的插头连接器的示例性实施例的示意图；
[0034]
图2是图1中示意性示出的插头连接器的细节示意图；以及
[0035]
图3是包封在塑料中且具有铸造密封件的插头连接器的另一示例性实施例的示意图。
[0036]
附图共同示出了插头连接器，该插头连接器例如封装在塑料中，并包括由塑料制成的绝缘封装部1和在套筒2的内部的模制件1’，该塑料可选地为铸造复合物，该套筒2具有金属表面3。套筒由金属组成，并由具有光催化特性的表面3完全包封。为此，在套筒2的整个区域上，即外部和内部，对表面3进行光催化处理，并由此例如涂覆二氧化钛，从而改善塑料的可润湿性。可以以例如浸渍方法或以其他已知方式来施加表面3。封装部1的注射模制塑料在表面3上以及套筒2的通孔4的区域中的粘合得到了促进。
[0037]
图2基于可以看到细节的插头连接器示出了与图1相同的必要特征，这使得进一步的陈述变得多余。
[0038]
关于根据本发明的教示，以下陈述涉及使用绝缘封装部1进行注射模制包封的示例：
[0039]
根本问题是，对于用塑料封装的套筒2，尤其是在插头连接器的背景下，很难永久性实现各部件之间的介质密封连接。这是由于材料的老化过程和不同的热膨胀系数，以及塑料中的固化应力。
[0040]
表面3上的光催化性和光亲水性二氧化钛层可用于产生以下重要特性/效果：清洁，其也涉及有机污染物；自杀菌；防雾效果；亲水化；气体和液体清洁。光催化自清洁也是可能的。
[0041]
特别是对于取决于工艺的介质密封封装部1而言，生产介质密封材料复合体的方法借助塑料注射模制来起作用，尤其是热喷涂方法中。此外，该方法还可以在排空、胶合、低压铸造时用作清洁方法，或用于其他形状物质连接。
[0042]
由于紫外线照射的激活允许重新激活光化学效应，因此已涂覆的金属部件或套筒2可以储存数年而不会失去有效性。为了根据该方法预处理表面，尤其可以在用封装部1进行封装之前的较短的时间间隔内借助紫外线照射——光催化燃烧或光诱导亲水性——来清洁或激活带有二氧化钛涂覆表面3的金属部件。
[0043]
根据图3的布置基于以下问题：金属套筒2与封装部1的铸造复合物之间可能会形成间隙，或者在交界面或封装部1的铸造复合物中出现微裂纹。为了避免这个问题，可以按照前述用于注射模制过程的方式执行预处理。
[0044]
紫外线照射从连接侧进行，即根据图3，从上方进行，使得套筒2的内光催化性表面3和接触区域的连接侧外表面3被激活。即使套筒2的金属和封装部1的塑料有不同的膨胀系数，也可以极大减少或防止间隙的形成和微裂纹的形成。
[0045]
关于根据本发明的教示的其他有利实施例，为了避免重复，参考说明书的总体部分以及所附权利要求书。
[0046]
最后，明确指出，上述根据本发明的教导的示例性实施例仅用于阐述所要求保护的教导，而非将其限制于这些示例性实施例。
[0047]
附图标记列表
[0048]
1 绝缘封装部
[0049]1‘ꢀ
模制件
[0050]
2 套筒
[0051]
3 表面
[0052]
4 通孔