DE102015222992B4

DE102015222992B4 - Spritzgusswerkzeug und Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Gerätes der Automatisierungstechnik mit einem Gehäuse

Info

Publication number: DE102015222992B4
Application number: DE102015222992.0A
Authority: DE
Inventors: Daniel Cammareri
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2022-01-27
Anticipated expiration: 2035-11-21
Also published as: DE102015222992A1

Abstract

Spritzgusswerkzeug (1) mit zwei Werkzeughälften (1a), (1b) als Auf/Zu-Werkzeug zur Erzeugung eines Formteils, das mindestens zwei überstehende Gewindehülsen (46) aufweistwobei in der Werkzeughälfte (1a) für die überstehenden Gewindehülsen (46) je eine Dichtungsanordnung (10) vorgesehen ist,wobei als Dichtungsanordnung (10) in der Werkzeughälfte eine Ausnehmung (2) für einen beweglichen Kern (3), der parallel zur Auf-/Zubewegung verfahrbar ist, vorgesehen ist, die einen ringförmigen Absatz (14) aufweist, der als Auflagefläche für einen Dichtring (12) dient, der beim Schließen des Spritzgusswerkzeugs (1) über die Gewindehülse (46) geführt wird und im geschlossenen Zustand der beiden Werkzeughälften (1a), (1b) zur Abdichtung des Spaltes (30) zwischen Gewindehülse (46) und ringförmigem Absatz (14) dient,wobei am vorderen Ende des Kerns (16) eine Schräge (17), die korrespondierend zu einer Schrägfläche (13) am Dichtring (12) ausgebildet ist, vorgesehen ist, die beim Verfahren des Kerns (16) ein axiale und radiale Dichtwirkung generiert, die für Hochdruckspritzgussparameter eines thermoplatsischen Kunststoffs geeignet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Gerätes der Automatisierungstechnik mit einem Gehäuse.
Bei der Herstellung elektronische Geräte der Automatisierungstechnik ist es üblich den Innenraum des Gehäuses mit einem Vergussmittel (z. B. Gießharz) bei Atmosphärendruck zu füllen. Diese Art des Vergießens bei Atmosphärendruck wird auch als offener Verguss bezeichnet.
Aus der DE4023792 A1 ist ein Näherungsschalter bekannt, bei dem die Elektronikplatine vergossen bzw. umspritzt ist.
Aus der DE19504608 A1 ist ein Positionssensor bekannt, bei dem die Elektronikplatine vergossen ist.
Bei vielen elektronischen Geräten der Automatisierungstechnik oder der Automobiltechnik genügt ein offener Verguss völlig. Diese Art wird meist dann eingesetzt, wenn die elektrische und thermische Beanspruchung der Geräte nicht sehr hoch sind und der mechanische Schutz oder der Schutz vor Umwelteinflüssen der Grund für den Verguss sind.
Je nach verwendetem Gießharz ist eine sehr gute Beständigkeit für Außenanwendungen oder dem EX-Schutz möglich. Die Werkzeuge und Formen können meist sehr einfach ausgelegt werden und sind daher recht kostengünstig. Größere Serien können problemlos automatisiert und damit sehr effizient verarbeitet werden.
Im Innenraum der Gehäuse dieser Geräte befindet sich typischerweise Platinen mit starr aufgelöteten Steckeranschlüssen (M8, M12) evtl. auch LEDs.
Das LED-Licht wird normalerweise über Lichtleiter nach außen geführt, wobei für das Ende des Lichtleiters ein Durchbruch in der Gehäusewand vorgesehen ist.
Auch für die Steckeranschlüsse müssen Durchbrüche in der Gehäusewand vorhanden sein.
Die an den Durchbrüchen in der Gehäuseoberfläche für die entsprechenden Bauteile zwangsläufig entstehenden Spalte müssen durch das Gießharz möglichst gut abgedichtet werden.
Aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten (Gehäusematerial und Gießharz) können sich bei häufigem Temperaturwechsel Risse im Bereich der Durchbrüche bilden, durch die Feuchtigkeit unter Umständen ins Gehäuseinnere gelangen kann. Bei bestimmten Anwendungen muss die Blasenbildung beim Gießvorgang unterbunden werden, da diese, die Einhaltung der Luft- und Kriechstrecken, die für gewissen Zulassungen erforderlich sind, beeinträchtigen können.
Es sind auch einfache elektronische Geräte der Automatisierungstechnik, die Platinen mit Steckeranschlüssen in einer geraden Linie aufweisen.
Ein Produkt mit einer Platine, die keine weiteren Bauteile aufweist, ist der Y-Verteiler der Fa. ifm electronic gmbh. Das Gehäuse dieses sehr einfachen Gerätes wird in Spritzgußtechnik hergestellt. Die Abdichtung der Kavität im Bereich der Gewindehülsen erfolgt dadurch, dass an den beiden Werkzeughälften halbschalenförmige Ausnehmungen vorgesehen sind, die genau an den Gewindehülsen zusammenfahren und diese radial verpressen. Durch diese Dichtungsanordnung wird die Kavität bei geschlossenen Werkzeughälften druckdicht verschlossen, so dass die Anlage für Hochdruckspritzgußanwendungen mit typische Hochdruckspritzgußparameter thermoplastischer Kunststoffe 300-1000 bar bei 280° C geeignet ist.
Derartige Spritzgießwerkzeuge werden auch als Backenwerkzeuge bezeichnet. Entscheidend beim Zusammenfahren der beiden Werkzeughälften ist, dass beim Abdichtvorgang keine axiale Kräfte über die starren Verbindungen auf die Leiterplatte übertragen werden, da sonst die Löststellen brechen können, die zum Funktionsausfall des ganzen elektronischen Gerätes führen können.
Bei nicht auf einer geraden Linie angeordneten Steckeranschlüssen können nur sehr teure und aufwendig konstruierte Backenwerkzeuge eingesetzt werden.
Aus der DE 10 2006 048 413 A1 ist eine Spritzform zum Herstellen von Scheibeneinheiten bestehend aus einer Scheibe und einem Rahmen bekannt, bei dem ein sehr komplex aufgebautes Werkzeug erforderlich ist, das mehrere Schieber aufweist, die senkrecht zur Auf-/Zubewegung verfahren werden müssen. Dieses Werkzeug ist nicht für Hochdruckspritzverfahren geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Spritzgußwerkzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Gerätes der Automatisierungstechnik mit einem Gehäuse anzugeben, dass auch für nicht in einer Reihe angeordneten Steckeranschlüsse geeignet ist, bei dem beim Zufahren der Werkzeughälften insbesondere beim Abdichten der Gewindehülsen keine Kräfte über die Steckeranschlüsse von den Gewindehülsen auf die Platine übertragen werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 2 und einem Spritzgusswerkzeug gemäß dem Anspruch 1.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, bei einem Auf/Zu-Werkzeug eine Dichtungsanordnung für eine Gewindehülse vorzusehen, über die keine axialen Kräfte auf die Gewindehülse übertragen werden.
Die Dichtungsanordnung besteht aus einem separaten Dichtungsring, einer Auflagefläche und einem beweglichen Kern als Stempel, der im geschlossenen Zustand des Auf/Zu-Werkzeugs den Dichtungsring radial und axial so verpresst, dass der Spalt zwischen Gewindehülse und Verjüngung druckdicht verschlossen wird.
Die Verpressung erfolgt über zwei korrespondierende Schrägflächen, die am Dichtring und am Kern vorgesehen sind.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels und eines Flussdiagramms näher erläutert.
Es zeigen:

1 perspektivische Aufsicht auf ein Spritzgusswerkzeug mit vergrößerten Ausschnittdarstellungen 1b
2 Längsschnitt eines Spritzgusswerkzeuges nach 1
3 perspektivische Ansicht auf ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten elektronischen Gerätes der Automatisierungstechnik

In 1 sind die beiden Werkzeughälften 1a, 1b des Spritzgusswerkzeugs 1 im offenen Zustand dargestellt. Rechts ist jeweils der Vorspritzling 40a und links der Fertigspritzling 40b zu sehen. Auf der Oberseite des Fertigspritzlings 40b sind mehrere Steckeranschlüsse 42a, 42b vorgesehen. Die Stecekeranschlüsse 42a, 42b weisen jeweils eine Gewindehülse 46a, 46b und einen Kontaktträger 48a, 48b auf.
Weiterhin ragen mehrere Lichtleiter 44a, 44b, 44c bis zur Oberfläche des Fertigspritzlings 40b. Der Vorspritzling 40a ist aus einem transparenten Kunststoff gefertigt. Deutlich erkennbar sind die als Lichtleiter dienenden Bereiche 44a. 44b.
Über Kanäle 60 wird der flüssige Kunststoff beim Spritzvorgang in die die Form des Fertigspritzlings bestimmende Kavität unter hohem Druck eingebracht.
2 zeigt einen Schnitt durch das Spritzgusswerkzeug 1 mit dem Vorspritzling 40a auf der linken Seite und dem Fertigspritzling 40b auf der rechten Seite. Ein Kontaktstift 49 führt vom Steckeranschluss 42a zu einer Lötstelle auf einer Platine 50.
Anhand von 3 ist die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung 10 näher beschrieben. In der oberen Werkzeughälfte 1b ist eine Ausnehmung 2 für einen beweglichen Kern 3 vorgesehen. Im unteren Ende der Ausnehmung 2 ist eine Auflagefläche 14 vorgesehen, auf der ein Dichtungsring 12 aufliegt. Die Gewindehülse 46 des Steckeranschlusses 42 ragt durch die ringförmige Aufnahmefläche 14. Der Dichtring 12 umgibt bei geschlossenem Werkzeug ebenfalls die Gewindehülse 46. Der Dichtungsring 12 weist eine Schrägfläche 13 auf, die mit einer entsprechenden Schrägfläche 17 am Kern 16 korrespondiert.
Nachfolgend ist die Funktion der Erfindung näher erläutert. In einem ersten Verfahrensschritt wird die bestückte Platine 15 insbesondere mit den starr fixierten Steckeranschlüssen 42 als Einlegeteil in das Spritzgusswerkzeug 1 eingelegt. Beim Zufahren des Spritzgusswerkzeugs 1, das als ein Auf/Zu-Werkezeug ausgebildet ist, presst die Schrägfläche 17 am beweglichen Kern 16 gegen die korrespondierende Dichtfläche 13 am Dichtungsring 12. Aufgrund der besonderen Gestaltung der korrespondierenden Flächen 13 und 17 übt der Dichtungsring 12 einen radialen Druck auf die Gewindehülse 42a und einen radialen Druck auf die Auflagefläche 14 aus. Dadurch wird der Spalt 30 zwischen der Auflagefläche 14 und der Gewindehülse 42 druckdicht verschlossen. Nachdem der Hohlraum im Spritzgusswerkzeug druckdicht verschlossen ist, kann der transparente thermoplastische Kunststoff in den Hohlraum unter hohem Druck bis 700 bar bei einer Temperatur von bis zu 200°C eingefüllt werden. Nach dem Aushärten des Vorspritzlings 40a wird dieser umgesetzt und in einem weiteren Spritzprozess fertigumspritzt. Bei der Fertigungsspritzung wird ein nichttransparentes Material verwendet.
Anschließend kann das elektronische Gerät für die Automatisierungstechnik mittels Auswerfer aus dem Spritzgusswerkzeug 1 ausgeworfen werden.
Die 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines elektronischen Gerätes der Automatisierungstechnik, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Es handelt sich um eine Verteilerbox für I/O-Link fähige Sensoren/Aktoren.
Zu sehen sind verschiedene Steckeranschlüsse 42 und mehrere Lichtleiteraustritte für mehrere LEDs.
5 zeigt den zu dem elektronischen Gerät gehörende Vorspritzling.
Mit der Erfindung ist es möglich ein elektronisches Gerätes der Automatisierungstechnik in Spritzgusstechnik einfach und kostengünstig herzustellen, das nicht in einer Reihe angeordneten Steckeranschlüsse 42 aufweist. Durch die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung 10 wird gewährleistet, das beim Zufahren der Werkzeughälften 1a, 1b insbesondere beim Abdichten der Gewindehülse 46 keine Kräfte über die Steckeranschlüsse 42 auf die Platinen 50 übertragen werden.
Die Dichtungsanordnung 10 besteht aus einem separaten Dichtungsring 12, einer Auflagefläche 14 und einem beweglichen Kern 16 als Stempel, der im geschlossenen Zustand des Auf/Zu-Werkzeugs den Dichtungsring 12 radial und axial so verpresst, dass der Spalt 30 zwischen Gewindehülse 46 und Auflagefläche 14, die eine Verjüngung darstellt, druckdicht verschlossen wird.
Die Verpressung erfolgt über zwei korrespondierende Schrägflächen 13, 17, die am Dichtring 12 und am Kern 16 vorgesehen sind.
Durch die gute Abdichtung kann es nicht zu einer störenden Überspritzung kommen.
Durch das Hochdruckspritzverfahren wird auch der Austrittsbereich der Lichtleiter 44 an der Oberfläche des Gerätes gut abgedichtet.
Das im Hochdruckspritzverfahren hergestellte Gehäuse des Gerätes der Automatisierungstechnik ist vollständig dicht.

Claims

Spritzgusswerkzeug (1) mit zwei Werkzeughälften (1a), (1b) als Auf/Zu-Werkzeug zur Erzeugung eines Formteils, das mindestens zwei überstehende Gewindehülsen (46) aufweist wobei in der Werkzeughälfte (1a) für die überstehenden Gewindehülsen (46) je eine Dichtungsanordnung (10) vorgesehen ist, wobei als Dichtungsanordnung (10) in der Werkzeughälfte eine Ausnehmung (2) für einen beweglichen Kern (3), der parallel zur Auf-/Zubewegung verfahrbar ist, vorgesehen ist, die einen ringförmigen Absatz (14) aufweist, der als Auflagefläche für einen Dichtring (12) dient, der beim Schließen des Spritzgusswerkzeugs (1) über die Gewindehülse (46) geführt wird und im geschlossenen Zustand der beiden Werkzeughälften (1a), (1b) zur Abdichtung des Spaltes (30) zwischen Gewindehülse (46) und ringförmigem Absatz (14) dient, wobei am vorderen Ende des Kerns (16) eine Schräge (17), die korrespondierend zu einer Schrägfläche (13) am Dichtring (12) ausgebildet ist, vorgesehen ist, die beim Verfahren des Kerns (16) ein axiale und radiale Dichtwirkung generiert, die für Hochdruckspritzgussparameter eines thermoplatsischen Kunststoffs geeignet ist.
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Gerätes der Automatisierungstechnik mit einem Gehäuse wobei das elektronische Gerät eine Elektronikplatine mit mehreren Steckeranschlüssen aufweist, wobei die Steckeranschlüsse jeweils eine metallische Gewindehülse aufweisen, mit zwei Spritzwerkzeughälften, die parallel zu den Steckerachsen geöffnet und geschlossen werden, wobei in der oberen Werkzeughälfte ein Ausnehmung für einen beweglichen Kern vorgesehen ist, die einen ringförmigen Absatz aufweist, der als Auflagefläche für einen Dichtring dient, der im geschlossenen Zustand der Werkzeughälften eine in die Ausnehmung ragende Gewindehülse umschließt und der zur Abdichtung des Spaltes zwischen Gewindehülse und ringförmiger Verjüngung dient, wobei am vorderen Ende des Kerns eine Schräge die korrespondierend zu einer Schrägfläche am Dichtring ausgebildet ist, vorgesehen ist, die beim Zufahren der Werkzeughälften ein axiale und radiale Dichtwirkung generiert, die bei geschlossenem Werkzeug für Hochdruckspritzgussparameter eines thermoplatsischen Kunststoffs von 300-1000 bar und 280° C ausgelegt ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensmerkmale: A) in einem ersten Verfahrensschritt wird die bestückte Platine 15 insbesondere mit den starr fixierten Steckeranschlüssen 42 als Einlegeteil in das Spritzgusswerkzeug 1 eingelegt B) beim Zufahren des Spritzgusswerkzeugs 1, das als ein Auf/Zu-Werkezeug ausgebildet ist, wird die Schrägfläche 17 am beweglichen Kern 16 gegen die korrespondierende Dichtfläche 13 am Dichtungsring 12 gepresst, wobei aufgrund der besonderen Gestaltung der korrespondierenden Flächen 13 und 17 der Dichtungsring 12 einen radialen Druck auf die Gewindehülse 46a und einen radialen Druck auf die Auflagefläche 14 ausübt wird, wodurch der Spalt 30 zwischen der Auflagefläche 14 und der Gewindehülse 46 druckdicht verschlossen wird C) nachdem der Hohlraum im Spritzgusswerkzeug druckdicht verschlossen ist, wird der transparente thermoplastische Kunststoff in den Hohlraum unter hohem Druck bis 700 bar bei einer Temperatur von bis zu 200°C eingefüllt D) nach dem Aushärten des Vorspritzlings 40a wird dieser umgesetzt und in einem weiteren Spritzprozess fertigumspritzt wobei bei der Fertigungsspritzung ein nichttransparentes Material verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Spritzvorgang ein Vorspritzling gefertigt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergußmittel des Vorspritzlings transparent ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das in einem zweiten Spritzvorgang ein Fertigspritzling gefertigt wird, wobei das Vergußmittel für den Fertigspritzling nicht transparent ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Elektronikplatine Lichtleiter für LEDs vorgesehen sind, die bündig mit der Oberfläche des Gehäuses abschließen.