DE102006012072A1

DE102006012072A1 - Verfahren zur Herstellung eines ummantelten, einbaufähigen elektrischen Funktionsteiles sowie elektrisches Funktionsteil

Info

Publication number: DE102006012072A1
Application number: DE200610012072
Authority: DE
Inventors: Michael Pesch; Jürgen Boberg
Original assignee: Olho Technik Oleff and Holtmann OHG
Current assignee: Olho Technik Oleff and Holtmann OHG
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-20

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines mit Kunststoff ummantelten elektrischen Funktionsteiles ist so ausgebildet, dass das Funktionsteil zumindest teilweise mit einem mikrozellulären Schaumkunststoff umspritzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines ummantelten, elektrischen Funktionsteiles sowie ein elektrisches Funktionsteil.
Elektrische Funktionsteile finden in vielen Anwendungsbereichen Verwendung. Beispielhaft sei hier auf den Einbau in Kraftfahrzeugen verwiesen, bei denen solche Funktionsteile u.a. als Entstörsatz zum Einsatz kommen.

Die bislang zur Ummantelung eingesetzten Kunststoffe, mit denen die elektrischen Funktionsteile im Spritzgussverfahren ummantelt werden, sind jedoch nur eingeschränkt verwendungsfähig, d.h., nur für bestimmte elektrische Funktionsteile, da beim Umspritzen ein relativ hoher Anpressdruck entsteht, der ständig auf das Funktionsteil einwirkt.

Deshalb werden bisher nur solche elektrischen Funktionsteile mit einem Kunststoff ummantelt, die insoweit druckunempfindlich sind und deren Funktionsfähigkeit durch den anliegenden Kunststoff, der das Funktionsteil quasi in sich festspannt, nicht beeinträchtigt wird.

Um auch drucksensible elektrische Funktionsteile verwenden zu können, ist es bekannt, diese Funktionsteile in unterschiedlichen Verfahrensschritten mit unterschiedlichen Werkstoffkomponenten so zu ummanteln, dass sie gegenüber Witterungs- oder sonstigen relevanten Einflüssen unempfindlich sind. Allerdings ist die Herstellung in dieser Art in vielerlei Hinsicht nachteilig. Insbesondere der hohe Fertigungsaufwand führt zu einer unbefriedigenden Kostensituation, wobei die große Menge, in der solche elektrischen Funktionsteile hergestellt und eingebaut werden, als durchaus bemerkenswerter Multiplikator anzusehen ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. ein elektrisches Funktionsteil der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass einerseits eine kostengünstige Herstellung möglich ist und andererseits die Palette der einsetzbaren elektrischen Funktionsteile vergrößert wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Funktionsteil mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren besteht nun u.a. die Möglichkeit, elektrische Funktionsteile beispielsweise in Kraftfahrzeugen einzubauen, die bislang aufgrund der geschilderten Problematik keine Verwendung finden konnten.

Insbesondere können Drucksensoren, sogenannte FSR (Force Sensing Resistor)-Sensoren an Stellen eingesetzt werden, die Witterungseinflüssen ausgesetzt sind, beispielsweise im Bereich von Türgriffen.

Die Ummantelung der elektrischen Funktionsteile mit einem mikrozellulären Schaumkunststoff hat aufgrund der sehr geringen Eigenspannungen des Kunststoffs keinen Einfluss auf die Funktionsfähigkeit des Drucksensors, wobei die wirksame Drucklast lediglich 10% der Drucklast beträgt, die bei einer Ummantelung mit Kunststoff im herkömmlichen Spritzgussverfahren wirksam ist.

Diese geringe Eigenspannung wirkt nicht funktionsverfälschend, so dass diese Funktionsteile, die gegenüber anderen, notgedrungenermaßen eingebauten, erhebliche Vorteile aufweisenden, uneingeschränkt einsetzbar sind.

Dies betrifft neben den genannten Drucksensoren auch entsprechend bestückte Platinen, die ebenso mit einem mikrozellulären Schaumkunststoff umspritzt sein können, was auch unter dem Begriff „physikalisches Schäumen" bekannt ist.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das elektrische Funktionsteil im Zweikomponenten-Spritzguss-Verfahren hergestellt, wobei eine Trägerplatte, auf der beispielsweise der FSR-Sensor aufliegt, aus einem Hartkunststoff besteht, während der die Druckfläche des Drucksensors abdeckende Druckbereich mit einem Weichkunststoff überdeckt ist. Dabei bildet die Trägerplatte aus Hartkunststoff ein Widerlager beim Drücken auf den Drucksensor.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, die notwendigen, beispielsweise am Drucksensor befestigten elektrischen Kabel, ausgehend von der Ummantelung, bereichsweise mit zu umspritzen, wodurch sich eine vollständige Abdichtung der Kabel gegenüber der Umgebung ergibt, durch die Fehlfunktionen des Funktionsteiles verhindert werden.

Die flächigen, sehr dünnen Drucksensoren liegen vor dem Umspritzen mit dem mikrozellulären Schaumkunststoff in einer Vielzahl zusammenhängend, quasi als Gitter vor, die durch Stege miteinander verbunden sind.

Für eine äußerst rationelle Fertigung werden die Drucksensoren in ihrem Gitterverbund in der erfindungsgemäßen Art umspritzt und anschließend einzeln abgetrennt.

Mit Hilfe der Erfindung sind komplette Schaltersysteme herstellbar, die sich insbesondere auch dadurch auszeichnen, dass sie auf geringstem Raum realisierbar sind, so dass lediglich ein minimaler Platzbedarf bei der Montage erforderlich ist.

Als Kunststoff zur Herstellung des mikrozellulären Schaumkunststoffs ist insbesondere ein thermoplastisches Polyurethan, (TPU oder TPE) einsetzbar, das besonders geeignet ist zur Herstellung des Druckbereiches, bei dem der Drucksensor betätigbar ist.

Als Hartkunststoff, zur Herstellung der Trägerplatte sowie zur Ummantelung einer mit Funktionselementen versehenen Platine sind Thermoplaste geeignet, beispielsweise PBT. Denkbar ist aber auch die Platinen mit einem Weichkunststoff zu umspritzen, wie vernetzbare thermoplastische Elastomere, beispielsweise Silikon.

Die bis auf vorstehende Kontaktbeinchen vollständig gekapselten Platinen sind insbesondere für den Einsatz in solchen Bereichen des Kraftfahrzeuges einbaubar, in denen sie einer besonderen Witterungsbeeinflussung ausgesetzt sind, beispielsweise im Motorraum.

Ebenso wie die zuvor beschriebene gleichzeitige Umspritzung der gitterförmig aneinander hängenden Drucksensoren besteht auch bei den Platinen die Möglichkeit, eine Vielzahl in einem Arbeitsgang zu umspritzen.

Dabei werden die zunächst in einer Blechtafel vorgestanzten Platinen mit zugeordneten Funktionselementen bestückt, wobei miteinander verbundene Kontaktbeinchen benachbarter Platinen bestehen bleiben, und anschließend die Platinen insgesamt auf einmal mit dem mikrozellulären Schaumkunststoff umspritzt. Danach erfolgt eine Vereinzelung der Platinen durch Trennen der aneinander hängenden Kontaktbeinchen.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie nach dem Verfahren hergestellte elektrische Funktionsteile werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Funktionsteiles in einer teilweise aufgebrochenen Draufsicht,
2 einen Querschnitt durch das Funktionsteil nach 1,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Funktionsteiles in einer schematischen Draufsicht.
In den 1 und 2 ist ein elektrisches Funktionsteil dargestellt, das einen Drucksensor (FSR-Sensor) 1 umfasst, mit einer Trägerfolie 2, die aufgedruckte Elektroden aufweist, deren Finger ineinander greifen, sich jedoch nicht berühren.
Im Ausführungsbeispiel ist der Drucksensor 1 erfindungsgemäß vollständig mit einem mikrozellulären Schaumkunststoff umspritzt, der unterseitig, also auf der der Trägerfolie 2 abgewandten Seite aus einem eine Trägerplatte 6 für den Drucksensor 1 bildenden Hartkunststoff besteht.
Im Zweikomponenten-Verfahren wird die Oberseite des Drucksensors 1 von einem Weichkunststoff überdeckt, unter Bildung eines Druckbereiches 3, durch den der Drucksensor 1 als kraftabhängiger Widerstand betätigbar ist. Die Funktion des Drucksensors 1 ist an sich bekannt, so dass sich eine diesbezügliche Beschreibung erübrigt.
Vor einem Umspritzen des Drucksensors 1 werden mit diesem elektrische Kabel 4 verbunden, deren Austrittsbereich aus dem Drucksensor 1 bzw. der Trägerplatte 6 und/oder dem Druckbereich 3 im Sinne einer Tülle 5 dichtend umspritzt wird, wobei vorzugsweise der weichere Kunststoff zum Einsatz kommt, um so eine ausreichende Flexibilität des Kabel 4 bei einer anschließenden Montage des Funktionsteiles zu erhalten.
Bei dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine mit elektrischen Funktionselementen 10 bestückte Platine 7, die aus einem Blech gestanzt ist, mit einem mikrozellulären Schaumkunststoff umspritzt, wobei sich an die Platine 7 anschließende Kontaktbeinchen 9 frei liegen. Eine gebildete Ummantelung 8 verschließt die Platine 7 komplett und die Kontaktbeinchen 9 bereichsweise gegenüber der Umgebung hermetisch dicht.
Selbstverständlich sind auch andere elektrische Funktionsteile im Sinne der Erfindung zu ummanteln, wobei der Verfahrensablauf hierzu so gestaltet ist, dass das jeweilige elektrische Funktionsteil ohne weitere Nachbearbeitung einbaufähig ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines mit Kunststoff ummantelten elektrischen Funktionsteiles, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsteil zumindest teilweise mit einem mikrozellulären Schaumkunststoff umspritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von zunächst gitterförmig aneinander hängenden Funktionsteilen gleichzeitig umspritzt und anschließend voneinander getrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von elektrischen Funktionselementen (10), von denen jeweils einige einer Platine (7) zugeordnet sind, auf einer Blechtafel befestigt werden, anschließend unter Ausbildung Kontaktbeinchen (9) eine Vielzahl von Platinen (7) aneinanderhängend ausgestanzt, danach mit dem mikrozellulären Schaumkunststoff unter Freilassung der Kontaktbeinchen (9) umspritzt und die Platinen (7) anschließend voneinander getrennt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisches Funktionsteil ein Drucksensor (1) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsteil mit einem Zweikomponenten-Kunststoff umspritzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem elektrischen Funktionsteil vor dem Umspritzen elektrische Kabel (4) befestigt werden, deren Anschlussenden bereichsweise mit umspritzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung des Drucksensors (1) aus einer Trägerplatte (6) zur Auflage des Drucksensors (1) aus einem Hartkunststoff und unter Aus bildung eines Druckbereiches (3) zur Betätigung des Drucksensors (1) aus einem Weichkunststoff gebildet wird.
Mit einem Kunststoff zumindest teilweise ummanteltes elektrisches Funktionsteil, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung aus einem mikrozellulären Schaumkunststoff besteht.
Funktionsteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsteil als Drucksensor (1) ausgebildet ist.
Funktionsteil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung aus einem Zweikomponenten-Kunststoff besteht.
Funktionsteil nach einem der Ansprüche 8–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung eine Trägerplatte (6) aus härterem Kunststoff und einen Druckbereich (3) aus einem weicheren Kunststoff aufweist, wobei eine mit aufgedruckten Elektroden versehene Trägerfolie (2) des Drucksensors (1) von dem Druckbereich (3) überdeckt ist.
Funktionsteil nach einem der Ansprüche 8–11, dadurch gekennzeichnet, dass der mikrozelluläre Schaumkunststoff aus thermoplastischem Polyurethan (TPU oder TPE) besteht.
Funktionsteil nach einem der Ansprüche 8–12, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsteil aus einer mit elektrischen Funktionselementen (10) bestückten Platine (7) besteht.
Funktionsteil nach einem der Ansprüche 8–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (7) Kontaktbeinchen (9) aufweist, die gegenüber der Ummantelung frei liegen.
Funktionsteil nach einem der Ansprüche 8–14, dadurch gekennzeichnet, dass der mikrozelluläre Schaumkunststoff aus einem Thermoplast besteht.
Funktionsteil nach einem der Ansprüche 8–15, dadurch gekennzeichnet, dass der mikrozelluläre Schaumkunststoff aus einem vernetzbaren Elastomer oder thermoplastischen Elastomer, vorzugsweise Silikon besteht.
Funktionsteil nach einem der Ansprüche 8–16, dadurch gekennzeichnet, dass an den Drucksensor (1) elektrische Kabel (4) angeschlossen sind, die im Übergangsbereich dichtend mit dem mikrozellulären Schaumkunststoff umspritzt sind.