Damit sich das Kabel im Werkzeug nicht bewegen kann, wurden zusätzliche Halte- und Fixierelemente eingebracht. Diese werden punktgenau im Spritzvorgang automatisch zurückgezogen, damit die Dichtigkeit des Bauteils gewährleistet wird. (Bild: Ruslan Kudrin – Stock.Adobe.com)
Steckverbinder müssen im Automobilbau sehr großen Belastungen gewachsen sein: Weder wechselnde Temperaturen und Witterungseinflüsse, noch während der Fahrt auftretende Vibrationen dürfen die Zuverlässigkeit negativ beeinflussen. Insbesondere wenn sie am Fahrzeugunterboden eingesetzt werden müssen die Steckverbinder den Vorgaben der DIN EN 60529 entsprechen. Bei den üblichen Herstellungsverfahren wird der Steckverbinder separat gefertigt und erst in einem zweiten Schritt an das Kabel konfektioniert, wodurch die Gefahr von Undichtigkeiten steigt. Aus diesem Grund hat die Hans Geiger Formenbau auf Anfrage sein Verfahren zur Kabelumspritzung umgestellt: Mit dem nun verwendeten Werkzeug werden sowohl das Kabel als auch die Stecker-Innengeometrie in einem einzigen Arbeitsschritt mit glasfaserverstärkten Polyamiden umspritzt, sodass Dichtelemente wie Silikonringe nicht mehr benötigt werden.
Weder Spritzwasser noch Streusalz, Eis, Staub oder Steine dürfen die Funktionalität von Steckverbindern einschränken, die in Fahrzeugen verbaut sind. „Doch vor allem die Dichtungen, die das Eindringen von Staub und Partikeln an der Schnittstelle zwischen Stecker und Kabel verhindern, stellen bei der Herstellung von Steckverbindern eine große Herausforderung dar“, erklärt Eva Söhnlein, Prokuristin der Hans Geiger Formenbau GmbH. „Um die jeweils notwendigen Schutzklassen gemäß der DIN EN 60529 realisieren zu können, waren bisher meistens zusätzliche Dichtungen nötig. Zum einen dauert der Produktionsprozess dadurch länger, zum anderen sind die Materialkosten verhältnismäßig hoch“, so Söhnlein weiter. Die Experten für Formenbau und Spritzgießtechnik nutzen daher ein Verfahren, das es ermöglichte, sowohl die Umspritzung als auch die Konfektionierung des Kabels an den Steckverbinder in einem einzigen Arbeitsschritt durchzuführen.
Für Probleme sorgten bisher vor allem die Kabel. „Die Umspritzung erfolgt für gewöhnlich mit einem sehr hohen Druck. Da die Kabel jedoch in den meisten Fällen sehr leicht und verformbar sind, bieten sie nur wenig Widerstand und verschieben sich während der Verarbeitung“, erläutert Söhnlein. „In der Folge wird das Kabel nicht normgerecht umspritzt, sodass mit erheblichen Qualitätseinbußen zu rechnen ist.“
Kabelfixierung erschwert den Umspritzungsprozess
Für Geiger war es deshalb von vorrangiger Bedeutung, bereits in der Werkzeugentwicklungsphase auf mehrere Punkte zu achten. Unter anderem mussten der optimale Anspritzpunkt und die geeignete Bauteilfüllung so ausgelegt werden, dass die Kabel nur minimalem Druck ausgesetzt sind. „Damit sich das Kabel im Werkzeug nicht bewegen kann, haben wir zusätzliche Halte- und Fixierelemente eingebracht. Diese werden punktgenau im Spritzvorgang automatisch zurückgezogen, damit die Dichtigkeit des Bauteils gewährleistet wird“, berichtet die Prokuristin. Die Abdichtung während des Herstellungsprozesses spielt eine große Rolle: Sowohl die Einlegestelle des Kabels als auch die Kavität selbst sollten eine maximale Dichtheit aufweisen.
Der komplette Produktionsprozess erfolgt halbautomatisch; die Kabel werden von einem Werker eingelegt. Aus diesem Grund musste das Werkzeugkonzept besonders bedienerfreundlich konstruiert werden, lehnt sich in der Anwendung jedoch an gewöhnliche Drehtellermaschinen an. Dabei werden zwei Werkzeugauswerferseiten im Wechsel mit den Kabeln bestückt. Anschließend erfolgt die Umspritzung. Zur optimalen Prozessüberwachung sind in jeder Kavität Innendrucksensoren in-stalliert. „Eine Besonderheit bei unserer Lösung stellt der Aushebemechanismus dar. Die fertigen Teile werden aus der Werkzeughälfte geschoben, so dass der Bediener direkt neue Teile einlegen kann“, erklärt Söhnlein.
Die durchschnittliche Werkzeugtemperatur beträgt beim Umspritzungsprozess 80 °C, sie kann aber kurzfristig auch auf 280 °C ansteigen. Deshalb wurden im Bedienbereich des Werkzeugs spezielle Wärmedämmplatten verbaut. Dadurch können Verbrennungen beim Einlegen oder Entnehmen der Teile verhindert werden. Zusätzlich wurden die Aushebemechanismen so konstruiert, dass die Mitarbeiter das Werkzeug nicht berühren müssen.
