Maßgefertigte Silikon-Steckverbinderdichtungen: Formgestaltung, Einsteckkraft und Dichtheit

Silikon-Steckverbinderdichtungen schützen elektrische Anschlüsse vor Wasser, Staub, Kondenswasser und Verunreinigungen. Sie finden breite Anwendung in Kabelbäumen für Kraftfahrzeuge, Sensoren, Außenbeleuchtung, Industrieanlagen, Haushaltsgeräten, Batteriesystemen und Schiffselektronik.

Eine zuverlässige Abdichtung hängt nicht nur von der Wahl eines weichen Silikonmaterials ab. Die Dichtung muss zum Steckergehäuse passen, jeden Draht fest umschließen und unbeschädigt bleiben, während die Anschlüsse eingesteckt und die Steckerhälften miteinander verbunden werden.

Zu den wichtigsten Konstruktionsfaktoren zählen:

• Außendurchmesser von Drähten und Kabeln
• Abmessungen des Dichtungsraums
• Interferenz zwischen Gehäuse und Dichtung
• Geometrie der Dichtungsrippen
• Anschluss-Einführungsweg
• Steckkraft des Steckverbinders
• Abdichtung von Hohlräumen
• Härte und Druckverformungsrest von Silikon
• Blitz und Dimensionskontrolle
• Wasser-, Druck- und Umweltprüfungen

Arten von Silikon-Steckverbinderdichtungen

Ein abgedichteter Steckverbinder kann mehrere verschiedene Elastomerkomponenten enthalten.

Einzelne Drahtdichtung

Eine einzelne Drahtdichtung wird auf einen Draht gecrimpt oder montiert und in einen entsprechenden Steckverbinderhohlraum eingeführt.

Normalerweise dichtet es zwischen folgenden Punkten ab:

• Die Drahtisolierung und die Silikondichtung
• Die Silikondichtung und das Steckergehäuse

Mehrkammer-Mattenabdichtung

Eine Matten-Dichtung, eine hintere Tülle oder eine Mehrfachdichtung weist mehrere Löcher auf, die den Anschlusspositionen des Steckverbinders entsprechen.

Es versiegelt mehrere Drähte gleichzeitig und kann die Anzahl der Bauteile reduzieren, doch seine Leistung hängt stark von der Ausrichtung der Kavitäten, der Wandstärke und dem Umgang mit nicht genutzten Bohrungen ab.

Dichtung für Steckverbinderschnittstelle

Zwischen den zusammenpassenden Steckergehäusen wird eine Schnittstellen- oder Umfangsdichtung zusammengedrückt. Sie verhindert, dass Wasser und Staub durch die Steckerschnittstelle eindringen.

Radialdichtung

Eine Radialdichtung wird um einen zylindrischen oder geformten Steckverbinderabschnitt gelegt und gegen das Gegenstück im Gehäuse gedrückt.

Hohlraumstopfen

Ein Blindstopfen verschließt eine nicht genutzte Anschlussposition. Bleibt in einer Kabelabdichtung ein Loch frei, kann dadurch ein direkter Leckagepfad in den Steckverbinder entstehen.

TE Connectivity beschreibt Dichtungen und Hohlraumstopfen als notwendig, um ungenutzte Hohlräume zu verschließen und die Umgebungsdichtung in seinen Hochleistungssteckverbindersystemen aufrechtzuerhalten. TE-Hochleistungssteckverbinder mit Dichtung

Umspritzte hintere Dichtung

Silikon kann auch um Drähte, Einsätze oder Steckergehäuse herum aufgespritzt werden, um eine integrierte hintere Abdichtung zu schaffen. Dies kann den Halt und die Abdichtung verbessern, erfordert jedoch kompatible Materialien, eine kontrollierte Positionierung der Drähte und eine zuverlässige Verklebung.

Das gesamte Dichtungssystem verstehen

Ein Steckverbinder kann Folgendes umfassen:

1. Schnittstellen zwischen Draht und Dichtung
2. Schnittstellen zwischen Dichtung und Gehäuse
3. Dichtung für die Steckverbindung
4. Verbindungsstücke
5. Nicht genutzte Anschlusskammern
6. Kabelausgänge oder Backshell-Schnittstellen

Ein Ausfall an einer beliebigen Stelle kann die Funktion des gesamten Steckverbinders beeinträchtigen.

Eine Silikondichtung sollte daher nicht als eigenständiges Formteil, sondern als Teil des zusammengebauten Steckverbinders entwickelt und getestet werden.

Kommerzielle, abgedichtete Steckverbindersysteme veranschaulichen diesen Systemansatz. Die AMPSEAL-Steckverbinderfamilie von TE verwendet beispielsweise Silikon-Leitungs- und Gegensteckerdichtungen und gewährleistet den Schutz der gesamten Steckverbinderkonfiguration. TE AMPSEAL-Steckverbinder

Konstruktion des Drahtdichtungsraums

Der Kabelkanal ist die Öffnung, durch die der isolierte Leiter und die Klemme eingeführt werden.

Seine Geometrie wirkt sich aus auf:

• Dichtdruck
• Draht-Einsteckkraft
• Einfügen eines Terminals
• Schäden an der Dichtung
• Drahtzugfestigkeit
• Leckage nach Vibration
• Isolierung zwischen den Kammern

Außendurchmesser von Kabeln und Drähten

Die Drahtstärke sagt nichts direkt über den Außendurchmesser der Isolierung aus. Zwei Drähte mit gleichem Leiterquerschnitt können aufgrund folgender Unterschiede unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen:

• Dämmstoff
• Dämmstoffdicke
• Fertigungstoleranz
• Temperaturbereich
• Wandbau
• Oberflächenstruktur

In der Spezifikation der Dichtung sollten daher die tatsächlichen Mindest-, Nenn- und Höchstdurchmesser der Isolierung angegeben werden – nicht nur AWG oder Leiterquerschnitt.

Siehe auch:

• Drahtovalität
• Aufgedruckte Oberflächenmarkierungen
• Längsrillen
• Härte der Isolierung
• Oberflächengleitfähigkeit
• Lokale Verformung durch Crimpen

Störung durch Draht-Dichtungs-Kontakt

Die Öffnung der Dichtung ist in der Regel kleiner als der Durchmesser der Drahtisolierung, sodass sich das Silikon um den Draht herum dehnt.

Ein vorläufiger Interferenzwert lässt sich wie folgt ausdrücken:

Übermaß (%) = (Draht-Außendurchmesser − Innendurchmesser der Dichtungsbohrung) ÷ Draht-Außendurchmesser × 100

Es gibt keinen allgemeingültigen Übermaßprozentsatz, der für alle Steckverbinderdichtungen geeignet ist.

Der richtige Wert hängt ab von:

• Drahtdurchmesserbereich
• Silikonhärte
• Härte der Isolierung
• Anzahl der Dichtungsrippen
• Rippengeometrie
• Kontaktlänge
• Temperaturbereich
• Erforderliche Einsteckkraft
• Sollwert oder IP-Leistung

Unzureichende Interferenz

Zu geringe Störung kann folgende Auswirkungen haben:

• Wasseraustritt entlang des Kabels
• Niedriger Druckwiderstand
• Drahtbewegung
• Instabilität der Dichtung nach Vibration
• Leckage bei minimalem Drahtdurchmesser

Übermäßige Einmischung

Zu starke Störungen können folgende Auswirkungen haben:

• Hohe Einsteckkraft
• Umgebogene oder umgestülpte Dichtlippen
• Silikonriss
• Beschädigte Kabelisolierung
• Dichtungsverschiebung im Gehäuseinneren
• Probleme beim Einstecken der Anschlüsse

Die Toleranzanalyse muss das kleinste Dichtungsloch mit dem dicksten Draht und das größte Dichtungsloch mit dem dünnsten Draht berücksichtigen.

Geometrie der Dichtungsrippen

Mehrere Dichtungsrippen können mehrere Kontaktzonen um den Draht herum bilden.

Zu den wichtigen Variablen der Rippen gehören:

• Innendurchmesser der Rippe
• Rippenhöhe
• Rippenstärke
• Rippenabstand
• Wurzelradius
• Spitzenradius
• Anzahl der Rippen
• Kontaktlänge

Scharfe Rippen können lokal hohen Druck erzeugen, können jedoch beim Einstecken des Steckers in weiche Isolierung einschneiden oder reißen. Abgerundete Rippen sind im Allgemeinen unempfindlicher gegenüber Abweichungen bei der Montage.

Eng beieinanderliegende Rippen können eher als eine einzige dicke Interferenzzone wirken als als mehrere unabhängige Dichtungen.

Einführung in den Drahtresonator

Eine kontrollierte Einführfasung oder ein kontrollierter Einführradius erleichtert das Einführen des Anschlusses und des Kabels durch die Silikondichtung.

Ohne angemessene Einleitung:

• Die Kante des Anschlussstücks kann die Dichtung beschädigen.
• Der Draht könnte die Dichtung aus ihrer Position drücken.
• Die Dichtungsrippen können sich verbiegen.
• Die Montagekraft kann stark ansteigen.

Der Einlauf sollte das Endstück führen, ohne dabei zu viel Material aus der ersten Dichtzone zu entfernen.

Terminal-Durchgang

Bei vielen Steckverbinderbaugruppen durchläuft die gecrimpte Klemme die Silikondichtung, bevor sie im Kunststoffgehäuse einrastet.

Da die Klemme deutlich breiter sein kann als der Draht, muss sich die Dichtung vorübergehend dehnen und sich anschließend wieder um die Drahtisolierung legen.

Rezension:

• Maximale Endhüllkurve
• Scharfe Kanten und lanzenförmige Merkmale
• Geometrie der Rippenflügel
• Ausrichtung des Terminals
• Einführwinkel
• Ausrichtung von Anschlussklemme und Dichtung
• Erforderliches Einführwerkzeug
• Reißfestigkeit von Silikon
• Genesung nach der Implantation

Ein Anschluss, der für das Kunststoffgehäuse unbedenklich ist, kann dennoch eine dünne Silikon-Dichtungsleiste beschädigen.

Passung zwischen Dichtung und Gehäuse

Die Außenseite einer Matten- oder Einzeldichtung muss mit kontrollierter Druckkraft am Gehäuse anliegen.

Die Gehäuseschnittstelle kann Folgendes verwenden:

• Radiale Passung
• Axiale Kompression
• Auffangschultern
• Einrastbare Rippen
• Eine Dichtungshalterung
• Eine zusätzliche Verriegelung
• Eine umspritzte Verbindung

Ist die Dichtung zu locker, kann sie sich beim Einstecken des Steckers verschieben oder an ihrer Außenfläche undicht werden. Ist sie zu groß, kann sich das Gehäuse verziehen oder die Einbaukraft der Dichtung zu hoch werden.

Zuleitung zum Gehäusehohlraum

Das Kunststoffgehäuse sollte über eine glatte Einführöffnung verfügen, die die Dichtung in ihre Einbaulage führt.

Zu vermeiden:

• Spitze Torreste
• Auswerferabdrücke in der Dichtungsbohrung
• Formfehlpassung
• Grate
• Raue Oberflächen
• Abruptes Treppenstufen

Die Dichtfläche des Gehäuses sollte unter den beim Zusammenstecken des Steckverbinders auftretenden Belastungen und bei Temperatureinwirkung formstabil bleiben.

Dichtungserhaltung

Eine Steckverbinderdichtung muss an ihrem Platz bleiben, wenn:

• Die Drähte werden eingeführt
• Die Terminals werden gewartet
• Der Stecker ist eingesteckt
• Die Kabel werden verlegt
• Die Baugruppe vibriert
• Auf den abgedichteten Hohlraum wirkt Druck

Zu den möglichen Funktionen zur Kundenbindung gehören:

• Umlaufende Rippen
• Unterfräsrillen
• Kunststoff-Halterungen
• Verriegelungsplatten
• Integrierte Gehäuseschultern
• Geklebte oder umspritzte Schnittstellen

Der wasserdichte QCW-Steckverbinder von TE beispielsweise kombiniert eine Mehrfachdichtung mit einer Dichtungshalterung und verfügt über Merkmale, die ein falsches Einsetzen der Dichtung verhindern sollen. TE QCW 2.0 wasserdichter Steckverbinder

Konstruktion einer Mattenabdichtung mit mehreren Kammern

Eine Mehrkammerdichtung muss die Abdichtung um zahlreiche Drähte herum gewährleisten, ohne dass Druck zwischen benachbarten Anschlusspositionen übertragen wird.

Zu den wichtigen Parametern gehören:

• Hohlraumabstand
• Lochdurchmesser
• Wandstärke zwischen den Löchern
• Dicke des Außenumfangs
• Befestigung rund um jeden Hohlraum
• Gesamtebenheit
• Stelle als Retainer
• Ausrichtung der Anschlüsse

Wandstärke zwischen den Hohlräumen

Wenn die Silikonwand zwischen benachbarten Löchern zu dünn ist:

• Beim Einführen kann es zu einem Riss kommen.
• Ein Hohlraum kann einen anderen verzerren.
• Zwischen den Kammern kann Druck entweichen.
• Dichtungslöcher können miteinander verschmelzen.
• Die Maßhaltigkeit könnte beeinträchtigt werden.

Eine größere Wandstärke verbessert die Trennung, führt jedoch zu größeren Steckverbindern. Der endgültige Rasterabstand sollte ein Gleichgewicht zwischen elektrischem Abstand, Anschlussgeometrie, Formbarkeit und Abdichtung herstellen.

Leckage zwischen Hohlräumen

Wasser muss nicht immer bis nach außen gelangen, um einen Ausfall zu verursachen. Durch das Eindringen von Wasser von einem Anschlussraum in einen anderen können Verunreinigungen in einen empfindlichen Anschluss gelangen.

Die Norm IEC 60512-14-6 sieht eine Schnittstellen-Dichtheitsprüfung vor, mit der das Eindringen von Wasser an den Steckverbinderschnittstellen sowie die Dichtheit zwischen den einzelnen Steckverbinderkammern bewertet wird. IEC 60512-14-6:2006

Anforderungen an die Isolierung von Hohlräumen sollten berücksichtigt werden, wenn eine Anschlussposition einem Druck oder einer Flüssigkeit ausgesetzt sein könnte, von denen benachbarte Positionen nicht betroffen sein sollten.

Verwaltung ungenutzter Hohlräume

Nicht genutzte Löcher in einer Mattenabdichtung müssen gezielt verschlossen werden.

Zu den Optionen gehören:

• Spezielle Hohlraumstopfen
• Blindformhohlräume
• Massive Blinddrähte
• Integrierte durchstechbare Membranen
• Ein maßgeschneidertes Siegel mit weniger offenen Stellen

Der Hohlraumstopfen sollte der Geometrie der Dichtung und dem erforderlichen Durchmesser entsprechen. Behelfsmäßig angefertigte Stopfen können die Rippen beschädigen oder bei Vibrationen versagen.

Die Testkonfigurationen sollten Folgendes umfassen:

• Alle Hohlräume sind ausgefüllt
• Vorgesehene Mindestanzahl an Drähten
• Steckeranordnung im ungünstigsten Fall
• Angrenzende offene und besetzte Stellen

Auslegung der Schnittstellendichtung

Die Dichtung der Steckverbinderschnittstelle wird zusammengedrückt, wenn Stecker und Buchse ineinander gesteckt werden.

Zu den gängigen Ausführungen gehören:

• Rechteckige Umfangsdichtung
• O-Ring-Dichtung
• Axialdichtung mit mehreren Lippen
• Radiale Gleitringdichtung
• In das Formgehäuse integrierte Dichtung

Zu den wichtigen Auslegungsparametern gehören:

• Dichtungsquerschnitt
• Nutabmessungen
• Kompressionsprozentsatz
• Einführtiefe
• Ebenheit des Gehäuses
• Kurvenradien
• Verriegelungskraft des Steckverbinders
• Kompressionsstopps

Eckgestaltung

Bei rechteckigen Steckverbinderdichtungen treten an den Ecken häufig höhere Belastungen auf.

Verwendung:

• Glatte Innenradien
• Gleichmäßiger Querschnitt
• Kontrollierte Trennlinien an Formteilen
• Ausreichende Nutabstützung

Vermeiden Sie scharfe Formkanten und abrupte Wanddickenänderungen, die zu Rissen oder unvollständiger Füllung führen können.

Kompression der Schnittstellenabdichtung

Eine unzureichende Kompression kann zu Undichtigkeiten und einem instabilen Dichtungskontakt führen. Eine übermäßige Kompression kann:

• Erhöhung der Steckkraft des Steckverbinders
• Das Gehäuse verzerren
• Das Silikon beschädigen
• Die Verriegelung überlasten
• Vollständiges Einrasten des Anschlusses verhindern
• Ursache für eine langfristige bleibende Verformung

Das Kunststoffgehäuse sollte den Endhub über festgelegte mechanische Anschläge steuern, anstatt sich ausschließlich auf die Kraft des Bedieners zu verlassen.

Einführung in die Einführkraft

Beim Zusammenbau eines abgedichteten Steckverbinders können verschiedene Kräfte eine Rolle spielen.

Einbaukraft zwischen Dichtung und Gehäuse

Die Kraft, die zum Einsetzen der Silikondichtung in das Kunststoffgehäuse des Steckverbinders erforderlich ist.

Anschluss- und Draht-Einsteckkraft

Die Kraft, die erforderlich ist, um die gecrimpte Klemme durch die Dichtung hindurch in das Gehäuse zu drücken.

Steckkraft des Steckverbinders

Die Kraft, die zum Zusammenstecken von Stecker und Buchse erforderlich ist, einschließlich des Einrastens der Kontakte, des Zusammendrückens der Schnittstellendichtung, der Ausrichtung und der Betätigung der Verriegelung.

Einsatztruppe zur Entwaffnung

Die Kraft, die erforderlich ist, um bei einer Reparatur eine Klemme oder eine Leitung zu entfernen.

Diese Kräfte sollten bei der Diagnose eines Montageproblems separat gemessen werden.

Faktoren, die die Einsteckkraft erhöhen

• Übermäßige Silikonbeeinträchtigung
• Hohe Materialhärte
• Scharfe oder dicke Dichtungsrippen
• Unzureichender Einlaufradius
• Raue Oberflächen
• Große Crimpflügel für Anschlüsse
• Fehlausrichtung
• Kaltbetriebstemperatur
• Übermäßige Kompression der Schnittstellendichtung
• Drehen der Dichtung
• Maßaufbau
• Nicht zugelassenes oder fehlendes Montageschmiermittel

Reduzierung der Einsteckkraft ohne Beeinträchtigung der Dichtwirkung

Zu den möglichen Verbesserungen am Design gehören:

• Fügen Sie einen kontrollierten Einflugradius hinzu.
• Verwenden Sie mehrere flexible Rippen anstelle einer einzigen langen, engen Bohrung.
• Die Länge der nichtfunktionalen Kontaktstellen reduzieren.
• Die Glätte der Kanten an den Anschlüssen verbessern.
• Stützen Sie die Dichtung so ab, dass sie sich nicht bewegen kann.
• Die Härte des Silikons optimieren.
• Die Ausrichtung des Gehäuses verbessern.
• Verwenden Sie, sofern zulässig, ein zugelassenes, kontrolliertes Schmiermittel.
• Die Anschlussführung ist von der Abdichtung zu trennen.

Vergrößern Sie das Dichtungsloch nicht einfach, um die Kraft zu verringern. Dies mag zwar Montageprobleme lösen, führt jedoch bereits beim kleinsten Drahtdurchmesser zu Undichtigkeiten.

Festlegung der Prüfung der Einsteckkraft

Der Testplan sollte Folgendes festlegen:

• Artikelnummern für Steckverbinder und Klemmen
• Drahtstärke und Isolationsart
• Dichtungsmaterial und Hohlraum
• Einführrichtung
• Einfügegeschwindigkeit
• Prüftemperatur
• Aufbereitung der Dichtung
• Schmierung
• Spitzenkraft
• Kraft-Weg-Kurve
• Zulässige Dichtungsbewegung
• Dichtheitsprüfung nach dem Einbau
• Anzahl der Wiederholungen

Die Norm IEC 60512-13-2 definiert ein Verfahren zur Bestimmung der Einsteck- und Auszugskräfte von Steckverbindern, schließt jedoch die Auswirkungen von Verriegelungs-, Verrastungs- und Dichtungsvorrichtungen ausdrücklich aus. Daher ist weiterhin eine projektspezifische Prüfung erforderlich, um die tatsächliche abgedichtete Steckverbinderbaugruppe zu messen. IEC 60512-13-2:2006

Materialhärte

Weicheres Silikon kann die Einführ- und Steckkraft verringern, während härteres Silikon die Handhabung und den Halt verbessern kann.

Die Härte lässt jedoch keine direkten Rückschlüsse zu auf:

• Dichtungskraft
• Reißfestigkeit
• Reibung
• Druckverformungsrest
• Verhalten bei niedrigen Temperaturen
• Erholung nach dem Einführen des Katheters

Die Norm ASTM D2240 beschreibt die Durometer-Härte als empirische Eindrückungsmessung und stellt fest, dass sie in keinem einfachen Zusammenhang mit einer grundlegenden Materialeigenschaft steht. ASTM D2240-15(2021)

Verwenden Sie die Härte als einen Parameter zur Materialauswahl – nicht als vollständige Dichtungsspezifikation.

Reißfestigkeit und Dehnung

Die Dichtungen der Steckverbinder müssen einer erheblichen vorübergehenden Verformung standhalten, wenn die Anschlüsse durch die Bohrungen geführt werden.

Eine hohe Dehnung ist zwar nützlich, doch auch die Reißfestigkeit und die Empfindlichkeit gegenüber Defekten spielen eine wichtige Rolle.

Bewerten:

• Durchgang durch die Klemme ohne Beschädigung
• Wiederholter Terminal-Service
• Dünne Rippen
• Mit Flash bearbeitete Bereiche
• Zustand der Trennfuge
• Einbau eines Hohlraumstopfens

Ein kleiner Riss, der bei der ersten Montage entstanden ist, kann sich bei Druck- oder Vibrationstests vergrößern.

Druckverformungsrest

Die Dichtung bleibt während des größten Teils ihrer Lebensdauer im Stecker zusammengedrückt. Eine übermäßige Druckverformungsrest kann den Anpressdruck verringern und nach der Wärmealterung zu Undichtigkeiten führen.

ASTM D395 dient zur Bewertung der Fähigkeit von Gummimischungen, ihre elastischen Eigenschaften nach längerer Druckbeanspruchung beizubehalten. ASTM D395-18(2025)

Die Daten zur Druckverformungsrest von Materialproben sind zwar für Vergleichszwecke nützlich, doch sollten montierte Steckverbinder nach der thermischen Alterung zusätzlich einer Dichtheitsprüfung unterzogen werden.

Siloxane mit niedrigem Molekulargewicht

In empfindlichen elektrischen Anwendungen können flüchtige Siloxane mit niedrigem Molekulargewicht unter bestimmten elektrischen und Umgebungsbedingungen zu Kontaktproblemen beitragen.

Bedenken Sie Folgendes:

• Silikontypen mit geringer Flüchtigkeit
• Kontrollierte Nachhärtung
• Saubere Formteile und Verpackungen
• Verträglichkeit der Kontaktmaterialien
• Kundenspezifische elektrische Prüfungen

Shin-Etsu bietet Silikontypen an, die speziell für wasserdichte Dichtungen in Kfz-Kabelbäumen entwickelt wurden und einen reduzierten Gehalt an niedermolekularen Siloxanen aufweisen. Shin-Etsu KE-2017-50-A/B

Das Produktionsmaterial und der Aushärtungsprozess sollten mit dem vorgesehenen Endsystem validiert werden.

Chemische und fluidtechnische Verträglichkeit

Bei Steckverbinderdichtungen können folgende Probleme auftreten:

• Motoröl
• Getriebeöl
• Fett
• Kraftstoff
• Kühlmittel
• Scheibenwaschflüssigkeit
• Reinigungschemikalien
• Salzwasser
• Waschmittel
• Hydraulikflüssigkeit

Herkömmliches Silikon ist möglicherweise nicht für jede Öl- oder Kraftstoffumgebung geeignet. Bei aggressiven Flüssigkeiten kann Fluorsilikon oder ein anderes Elastomer erforderlich sein.

Die Norm ASTM D471 enthält Verfahren zum Vergleich der Auswirkungen von Flüssigkeiten auf Gummimaterialien und Fertigprodukte. Die Norm weist zudem darauf hin, dass beschleunigte Prüfungen keine direkte Korrelation zu jeder Einsatzbedingung liefern. ASTM D471-16a (2021)

Nach Kontakt mit Flüssigkeiten ist Folgendes zu überprüfen:

• Volumenänderung
• Härteänderung
• Veränderung der Zugfestigkeitseigenschaften
• Abmessungen der Dichtung
• Einführkraft
• Leckage
• Erholung nach der Kompression

Häufige Leckagewege bei Steckverbindern

Leckageweg	Mögliche Ursache
Entlang der Drahtisolierung	Unzureichende Überlappung, Drahtrillen oder gefaltete Rippen
Am äußeren Rand des Siegels	Falsche Passung des Gehäuses oder Verschiebung der Dichtung
Durch einen ungenutzten Hohlraum	Fehlender oder falscher Hohlraumstopfen
Zwischen benachbarten Hohlräumen	Dünne Hohlwände, Risse oder unzureichende Stützkonstruktion des Gebäudes
An der Schnittstelle	Geringer Kompressionsdruck, Verformung des Gehäuses oder beschädigte Umfangsdichtung
Durch einen zerrissenen Endpfad	Scharfe Kante am Anschluss oder zu hohe Einsteckkraft
Entlang der Trennfuge der Form	Blitz, Fehlanpassung oder Oberflächenfehler
Nach der Wärmealterung	Dauerverformung oder Materialverschleiß
Nach der Vibration	Drahtbewegung, Reibung oder Verlust der Dichtwirkung
Nach Kontakt mit Flüssigkeit	Quellung, Erweichung oder Verlust der mechanischen Eigenschaften

IP-Schutzklassen und Steckverbinderabdichtung

Die Norm IEC 60529 klassifiziert den Schutz von Gehäusen vor dem Eindringen von Fremdkörpern und Wasser. Eine IP-Schutzart bezieht sich auf die gesamte geprüfte Steckverbinder- oder Gehäusebaugruppe – nicht nur auf das Silikonbauteil allein.

Für elektrische Ausrüstungen in Kraftfahrzeugen legt die Norm ISO 20653:2023 Anforderungen an den IP-Schutz sowie Prüfungen zur Bestätigung der Schutzwirkung gegen Fremdkörper, Wasser und Eindringen fest. ISO 20653:2023

Wenn ein Dichtungslieferant angibt, dass ein Bauteil “für IP67 geeignet” ist, sollten Sie Folgendes überprüfen:

• Steckergehäuse
• Gepaart oder ungepaart
• Drahtstärken
• Hohlraumstopfen
• Anforderungen an die Rückwand
• Montageanleitung
• Prüfnorm
• Temperaturregelung
• Bedingungen für die Wasseruntersuchung

TE führt beispielsweise für einige abgedichtete Steckverbindersysteme unterschiedliche Schutzgrade auf, abhängig von der vollständigen Konfiguration und der Verwendung einer hinteren Schutzvorrichtung. TE AMPSEAL 16-Steckverbindergehäuse

Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Steckverbindern

Druckabfallprüfung

Die Kupplung steht unter Druck, ist isoliert und wird auf Druckverlust überwacht.

Zu den wichtigen Variablen gehören:

• Prüfdruck
• Stabilisierungszeit
• Testdauer
• Innenvolumen
• Temperatur
• Zulässiger Zerfall
• Leckage an der Befestigung

Prüfung des Vakuumabbaus

Die Baugruppe wird evakuiert und auf Druckänderungen überwacht. Dies kann nützlich sein, wenn Überdruck die Dichtung anders verschieben könnte als im tatsächlichen Betrieb.

Blasen-Eintauchprüfung

Der Anschluss steht unter Druck und ist unter Wasser. Entweichende Blasen helfen dabei, den Leckpfad zu lokalisieren.

Diese Methode ist für die Diagnose hilfreich, sollte jedoch unter Verwendung eines festgelegten Drucks, einer festgelegten Eintauchtiefe und einer festgelegten Beobachtungsdauer durchgeführt werden.

Prüfung der Wasserdichtigkeit durch Eintauchen

Die Norm IEC 60512-14-4 legt eine Prüfung der Dichtheit von Steckverbindern gegen das Eindringen von Wasser unter festgelegten Druck- und Zeitbedingungen fest. IEC 60512-14-4:2006

Niederdruck-Tauchprüfung

Die Norm IEC 60512-14-5 prüft die Dichtheit, indem eine Steckverbinderbaugruppe in eine Salzlösung getaucht und dabei einem Unterdruck ausgesetzt wird. IEC 60512-14-5:2006

Hochdruck-Wassertests

Steckverbinder für den Automobilbereich und für den Einsatz in rauen Industrieumgebungen müssen unter Umständen gemäß der geltenden Produktnorm einer Sprüh- oder Hochdruckreinigungstest unterzogen werden. Für die angegebene Nennleistung sind unter Umständen Gehäuse oder ein hinterer Schutz erforderlich.

Prüfung vor und nach der Umwelteinwirkung

Eine erste Dichtheitsprüfung reicht nicht aus.

Wiederholen Sie die Dichtheitsprüfungen nach entsprechender Einwirkung von:

• Hochtemperaturalterung
• Konditionierung bei niedrigen Temperaturen
• Temperaturwechselbeanspruchung
• Temperaturschock
• Luftfeuchtigkeit
• Vibration
• Mechanischer Stoß
• Seilzug
• Kabelbiegen
• Steckzyklen
• Flüssigkeitsimmersion
• Salznebel
• Druckwechselbetrieb

Eine Dichtung kann anfangs noch dicht sein, aber später undicht werden, wenn ihre Anpresskraft nachlässt oder sich der Draht im Hohlraum verschiebt.

Kabelzug und Zugentlastung

Es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass die Steckverbinderabdichtung die gesamte Kabelbelastung trägt, es sei denn, sie wurde speziell für diese Funktion entwickelt und validiert.

Die Haltbarkeit von Draht kann von folgenden Faktoren abhängen:

• Anschluss-Sperrlanze
• Zusatzverriegelung
• Crimpqualität
• Reibung an der Dichtung
• Rückseite
• Kabelbaumklemme
• Kabelzugentlastung

Übermäßige Bewegungen des Kabels können die Dichtung beeinträchtigen, auch wenn die Klemme weiterhin elektrisch verbunden bleibt.

Verwenden Sie eine externe Kabelbefestigung, wenn Kabelbelastungen, Vibrationen oder wiederholte Bewegungen den abgedichteten Steckverbinder beeinträchtigen könnten.

Herstellung von maßgeschneiderten Silikon-Steckverbinderdichtungen

Steckverbinderdichtungen werden üblicherweise hergestellt durch:

• Spritzgießen von Flüssigsilikonkautschuk
• Formpressen
• Transferformverfahren
• Mehrmaterial-Umspritzung

Das LSR-Spritzgießen eignet sich besonders für Dichtungen in Großserien mit kleinen Stegen und mehreren Kavitäten, allerdings müssen bei der Werkzeugkonstruktion und der Verarbeitung Gratbildung präzise kontrolliert werden.

Überlegungen zur Werkzeugauslegung

Kernstifte

Jeder Drahtkanal wird durch einen kleinen Kernstift gebildet. Der Durchmesser, die Ausrichtung und die Oberflächenbeschaffenheit des Stifts wirken sich unmittelbar auf die Dichtigkeit und die Einsteckkraft aus.

Falsch ausgerichtete Stifte können folgende Probleme verursachen:

• Ungleichmäßige Wandstärke
• Außerhalb der Mitte liegende Hohlräume
• Dünne Hohlwände
• Variable Störung
• Leckage zwischen den Kammern

Standort des Tors

Vermeiden Sie es, die Torruine an folgenden Stellen zu platzieren:

• Drahtversiegelungsrippen
• Randabdichtungsflächen
• Dünne Hohlwände
• Zugangsbereiche zum Terminal

Entlüftung

Eingeschlossene Luft kann zu Füllfehlern oder Verbrennungen an dünnen Dichtungsrippen führen. Entlüftungsöffnungen sollten an den voraussichtlichen Endpunkten der Befüllung angebracht werden, ohne dass dabei übermäßiger Grat entsteht.

Formtrennfuge

Halten Sie die Trennfuge nach Möglichkeit von kritischen Dichtflächen fern. Grate im Inneren eines Drahtlochs können die Einsteckkraft erhöhen oder die Isolierung beschädigen.

Schrumpfung und Hohlraumausgleich

Mehrfachformen sollten nach Formnester bewertet werden. Die Zusammenfassung aller Messwerte kann dazu führen, dass ein Formnest mit einer versetzten Bohrung oder einem zu kleinen Dichtungselement übersehen wird.

Prüfverfahren

Die Produktionskontrolle kann Folgendes umfassen:

• Optische Messung des Hohlraumdurchmessers
• Optische Prüfung auf verstopfte Bohrungen
• Stiftlehren oder kontrollierte Passlehren
• Prüfung des Außenprofils
• Überwachung des Dichtungsgewichts
• Blitzinspektion
• Härteprüfung an geeigneten Proben
• Prüfung der Einsteckkraft von Drähten
• Druckabfallprüfung
• Dichtheitsprüfung zwischen Kammern

Weiches Silikon kann sich bei der Kontaktmessung verformen. Das Messverfahren und die Messkraft müssen kontrolliert werden.

Häufige Fehler bei Siegeln

Misserfolg	Mögliche Ursache	Korrekturrichtung
Die Einsteckkraft des Kabels ist zu hoch	Übermäßige Störungen oder schlechte Zuleitung	Rippen, Lochgröße und Einlaufgeometrie optimieren
Risse in der Dichtung beim Einführen des Terminals	Scharfe Kante oder geringe Reißfestigkeit	Den Endabschnitt glätten und den Text überarbeiten
Die Dichtung drückt sich aus dem Gehäuse heraus	Unzureichende Kundenbindung	Sicherungselement hinzufügen oder den Eingriff des Gehäuses anpassen
Leckage bei minimalem Drahtquerschnitt	Loch zu groß oder Rippenkompression zu gering	Überprüfung der Toleranz und der Geometrie der Dichtungsrippe
Die Isolierung des Kabels ist beschädigt	Übermäßiger lokaler Druck oder scharfe Kanten	Den Rippenradius vergrößern und die Interferenz verringern
Der Stecker lässt sich nicht vollständig einstecken	Zu hoher Anpressdruck der Schnittstellendichtung	Überprüfen Sie die Nut, die Anschläge und die Materialhärte
Undichte, ungenutzte Hohlräume	Fehlender oder falscher Stecker	Verwenden Sie geprüfte Hohlraumstopfen
Undichtigkeiten an angrenzenden Hohlräumen	Dünnwandigkeit oder Beschädigung der Dichtung	Ausbau der Trennungs- und Unterbringungsmaßnahmen
Ausfall nach thermischer Alterung	Dauerverformung oder Materialunverträglichkeit	Wiederholung: Verbundwerkstoffe und Verdichtung
Unterschiedliche Ergebnisse je nach Formnest	Fehlausrichtung zwischen Werkzeug und Kern oder Grat	Verbesserung der werkzeug- und formnestbezogenen Prüfung

Validierungsplan

1. Konstruktions- und Toleranzprüfung

Bestätigen:

• Mindest- und Höchst-Drahtaußen-Durchmesser
• Terminalhülle
• Abmessungen der Dichtungslöcher
• Abmessungen des Gehäusehohlraums
• Mat-Seal-Pitch
• Kompression der Schnittstellendichtung
• Hohlraum-Verschluss-Strategie

2. Materialauswahl

Vergleiche:

• Härte
• Reißfestigkeit
• Dehnung
• Druckverformungsrest
• Flüssigkeitswiderstand
• Flexibilität bei niedrigen Temperaturen
• Anforderungen an niedermolekulare Siloxane

3. Montageprüfung

Maßnahme:

• Kraft beim Einbau der Dichtung
• Anschluss- und Einsteckkraft
• Steckkraft des Steckverbinders
• Terminal-Service-Entfernungs-Kraft
• Dichtungsverschiebung

4. Erstprüfung auf Dichtheit

Test:

• Schnittstelle zwischen Draht und Dichtung
• Schnittstelle zwischen Dichtung und Gehäuse
• Anschlussfläche
• Ungenutzte Hohlräume
• Isolierung zwischen den Kammern

5. Umgebungsbedingungen

Führen Sie die erforderlichen thermischen, mechanischen und chemischen Belastungsversuche durch.

6. Abschließende Dichtheits- und Elektroprüfung

Führen Sie die Dichtheitsprüfungen erneut durch und überprüfen Sie Folgendes:

• Kontaktwiderstand
• Isolationswiderstand
• Dielektrische Eigenschaften
• Endstückbefestigung
• Optischer Zustand der Dichtung

7. Pilotproduktion

Bauteilbewertung anhand folgender Kriterien:

• Formhohlraum
• Materialcharge
• Drahtstärke
• Baugrundstück
• Montagemitarbeiter
• Umgebungsbedingungen

Checkliste für Angebotsanfragen

Bitte geben Sie bei der Anforderung eines Angebots für eine maßgefertigte Silikon-Steckverbinderdichtung folgende Informationen an:

• 2D-Zeichnung und 3D-Modell des Steckergehäuses
• Anschlusszeichnung und maximale Umrisskontur
• Drahtstärken
• Mindest- und Höchstabmessungen des Isolationsaußendurchmessers
• Dämmstoffe
• Anzahl und Abstand der Vertiefungen
• Besetzte und unbesetzte Stellen
• Anforderungen an Hohlraumstopfen
• Angestrebte IP-Schutzklasse
• Prüfdruck und Grenzwert für die Dichtheitsprüfung
• Grenzwert für die Einsteckkraft
• Grenzwert für die Steckkraft des Steckverbinders
• Anforderung an die Seilzugkraft
• Betriebstemperaturbereich
• Exposition gegenüber Flüssigkeiten und Chemikalien
• Erforderliche Silikonhärte
• Farbe
• Anforderungen an die Entflammbarkeit
• Kompatibilität der elektrischen Kontakte
• Jährliches Produktionsvolumen
• Anforderungen an die Kontrolle und Rückverfolgbarkeit

Falls die Abmessungen der Dichtung noch nicht endgültig feststehen, legen Sie bitte den vollständigen Steckverbinder-Aufbau vor. Der Dichtungslieferant kann dann die Geometrie der Kavität, der Rippen und der Presspassung für Prototypentests empfehlen.

Häufig gestellte Fragen

Um wie viel sollte ein Loch in einer Silikondichtung kleiner sein als der Draht?

Es gibt keinen allgemeingültigen Wert. Die erforderliche Interferenz hängt von der Drahttoleranz, der Isolationshärte, der Silikonhärte, der Rippenausführung, der Einsteckkraft und den Anforderungen an die Leckstromfestigkeit ab.

Warum ist die Einsteckkraft am Anschluss zu hoch?

Häufige Ursachen sind unter anderem eine zu starke Beeinträchtigung durch Hohlräume, eine ungünstige Anschlussgeometrie, eine hohe Silikonhärte, raue Anschlusskanten, eine Fehlausrichtung der Dichtung oder eine zu niedrige Montagetemperatur.

Kann eine einzige Dichtungsmatte für mehrere Drahtstärken verwendet werden?

Ein begrenzter Bereich mag zwar möglich sein, doch der dünnste Draht muss dennoch dicht abschließen, während der dickste Draht und die Klemme hindurchpassen müssen, ohne das Silikon zu zerreißen.

Müssen ungenutzte Steckverbinder-Steckplätze mit Steckern bestückt werden?

Ja, wenn die Dichtungsbohrung offen ist und eine Umgebungsabdichtung erforderlich ist. Der Stopfen muss für den jeweiligen Formhohlraum ausgelegt und validiert sein.

Macht eine IP67-Dichtung den Stecker zu einem IP67-Stecker?

Nein. Die IP-Schutzart gilt für die gesamte Steckverbinderbaugruppe, einschließlich Gehäuse, Schnittstellendichtung, Kabeldichtungen, Hohlraumstopfen und Einbauart.

Wie lässt sich eine Leckage zwischen den Kammern verhindern?

Achten Sie auf eine ausreichende Silikonwandstärke, eine geeignete Gehäusehalterung, eine präzise Ausrichtung der Kernstifte und unbeschädigte Dichtungsrippen. Überprüfen Sie die Dichtheit anhand einer festgelegten Druckprüfung.

Sollten Silikon-Verbindungsdichtungen geschmiert werden?

Verwenden Sie ausschließlich ein Schmiermittel, das für Silikon, Drahtisolierungen, Kunststoffgehäuse und elektrische Kontakte zugelassen ist. Die Auftragsmenge und das Auftragsverfahren müssen kontrolliert werden.

Ist Silikon für Dichtungen in Kfz-Steckverbindern geeignet?

Ja, geeignete Typen werden häufig für Kabel- und Schnittstellendichtungen im Automobilbereich verwendet. Die Beständigkeit gegenüber Flüssigkeiten, die Temperaturbeständigkeit, die Druckverformungsrest, die Kompatibilität mit elektrischen Kontakten sowie die erforderliche IP-Prüfung müssen jedoch noch validiert werden.

Fazit

Eine zuverlässige Silikon-Steckverbinderdichtung hängt von einer abgestimmten Geometrie der Einpressform, einem kontrollierten Presssitz, einer überschaubaren Einpresskraft und einer Dichtheitsprüfung des Gesamtsystems ab.

Die Dichtung muss den Durchgang durch die Anschlussklemme, das Zusammenstecken der Steckverbinder, Vibrationen, thermische Alterung und den Kontakt mit Flüssigkeiten überstehen und dabei den Anpressdruck an jeder Verbindungsstelle zwischen Draht und Gehäuse aufrechterhalten. Eine frühzeitige DFM-Analyse, Toleranzberechnungen und Prototypentests können Montageprobleme und Ausfälle der integrierten Schaltkreise in späten Entwicklungsphasen verhindern.

Senden Sie uns Ihr Steckergehäuse, die Anschlussgeometrie, den Drahtdurchmesserbereich, die angestrebte Einsteckkraft und die Anforderungen an die Leckage, damit wir ein maßgeschneidertes Design für eine Silikon-Steckerdichtung erstellen und den Formprozess prüfen können.