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Die Erfindung betrifft ein Transfermoldverfahren zum Umspritzen eines elektronischen Bauteils, wobei zum Umspritzen des elektronischen Bauteils Kunststoffpellets verwendet werden, die vor der Anordnung in der Transfermoldvorrichtung mittels eines Hochfrequenz-Vorwärmgeräts vorgewärmt werden. Gegenstand der Erfindung ist zudem eine Moldeinrichtung zum Ausführen des Transfermoldverfahrens.
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Bekannt ist, dass elektronische Bauteile zumindest abschnittsweise mittels eines Kunststoffs umspritzt werden. Problematisch bei den bekannten Verfahren ist, dass die zu umspritzende Menge des Kunststoffs je nach zu umspritzenden Bauteil sehr stark variiert. Ist lediglich eine geringe Kunststoffmenge erforderlich, so werden kalte Kunststoffpellets in die Transfermoldvorrichtung gegeben und dort auf die entsprechende Temperatur aufgewärmt, um in einem Anschluss mittels eines verlagerbaren Stempels den aufgeweichten Kunststoff in eine Vergusskammer des Transfermoldvorrichtung zu befördern. Nachteilig hierbei ist die zum Teil ungleichmäßige Erwärmung der Pellets in der Transfermoldvorrichtung und die höhere Verweilzeit der Pellets in der Transfermoldvorrichtung, um diese entsprechend aufzuwärmen bzw. zu erhitzen. Insbesondere die höhere Verweilzeit in der Transfermoldvorrichtung kann zu höheren Herstellungskosten führen. Bei größeren Kunststoffmengen wird der Kunststoff in einem Extruder vorplastifiziert. Aufgrund der abrasiven Additive im Kunststoffmaterial ist der Verschleiß im Extruder erhöht. Zudem ist je nach Verweilzeitüberschreitung eine „Opferpuppe“ zu erstellen, die das vorplastifizierte Kunststoffmaterial aus einer Ausstoßzone entfernt. Mit anderen Worten ist somit der Materialverbrauch und der Materialverschleiß erhöht, was zusätzliche Kosten verursachen kann.
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Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Transfermoldverfahren und eine Moldeinrichtung zum Ausüben des Transfermoldverfahrens bereitzustellen, bei dem die Herstellungskosten reduziert sind.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei kann jedes Merkmal sowohl einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen, sofern sich nicht explizit etwas Gegenteiliges aus der Beschreibung ergibt.
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In einem ersten Aspekt wird erfindungsgemäß eine Transfermoldverfahren zum Umspritzen eines elektronischen Bauteils bereitgestellt, umfassend die Schritte:
- - Bereitstellen eines Rohres, das wenigstens eine Öffnung aufweist;
- - Befüllen des Rohres über die Öffnung mit Pellets aus einem Kunststoffmaterial;
- - Vorwärmen der in dem Rohr angeordneten Pellets über ein Hochfrequenz-Vorwärmgerät;
- - Entnahme der vorgewärmten Pellets aus dem Rohr;
- - Einsetzen der vorgewärmten Pellets in eine ein elektronisches Bauteil aufweisende Transfermoldvorrichtung;
- - Verlagerung eines in der Transfermoldvorrichtung angeordneten Stempels, so dass das Kunststoffmaterial der Pellets das elektronische Bauteil zumindest abschnittsweise und/oder teilweise umgibt.
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Mit anderen Worten ist gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass ein Transfermoldverfahren zum Umspritzen eines elektronischen Bauteils bereitgestellt wird. Das elektronische Bauteil ist vorzugsweise ein Getriebesteuergerät für ein Kraftfahrzeug. Durch das Umspritzen des elektronischen Bauteils können die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile vor korrosiven Medien, wie beispielsweise Öl, geschützt werden.
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In einem ersten Schritt wird ein Rohr bereitgestellt, das wenigstens eine Öffnung aufweist. Die wenigstens eine Öffnung ist vorzugsweise an einer distalen Stirnseite und/oder einer Endseite des Rohres ausgebildet. In der Regel weist das Rohr jeweils eine Öffnung an dem jeweiligen distalen Ende auf.
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In einem zweiten Schritt werden Pellets aus einem Kunststoffmaterial über die wenigstens eine Öffnung in das Rohr befüllt. Für gewöhnlich wird nach der Anordnung der Pellets die wenigstens eine Öffnung, vorzugsweise über ein Deckelelement, verschlossen, so dass die Pellets in dem Rohr eingeschlossen sind. Durch die Verwendung von Pellets, kann die erforderliche Menge des Kunststoffmaterials zum Umspritzen des elektronischen Bauteils in dem Rohr angeordnet werden. Somit kann der Materialbedarf präzise abgestimmt werden, wodurch die Materialkosten reduziert werden können.
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In einem dritten Schritt werden die in dem Rohr angeordneten Pellets mittels eines Hochfrequenz-Vorwärmgerät vorgewärmt. Mit anderen Worten werden die in dem Rohr angeordneten Pellets über das Hochfrequenz-Vorwärmgerät innerhalb des Rohres auf eine Temperatur erwärmt, sodass die Pellets von einem festen Zustand in einen viskoelastischen Zustand übergehen. Dies erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur der Pellets von größer 50°C und kleiner 100°C, insbesondere bei größer 60°C und kleiner 90°C, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind. In dem viskoelastischen Zustand weisen die Pellets eine weiche Konsistenz auf bzw. sind die Pellets verformbar. Durch das Vorwärmen der Pellets kann die Verweilzeit der Pellets innerhalb der Transfermoldvorrichtung reduziert werden, so dass der Herstellungsvorgangs des Transfermoldverfahrens beschleunigt werden kann. Somit können die Herstellungskosten reduziert werden. Über das Hochfrequenz-Vorwärmgerät können die Pellets in einfacher und preiswerter Weise durch Induktion auf die entsprechende Temperatur vorgewärmt werden, was sich ebenfalls vorteilhaft auf die Herstellungskosten auswirken kann.
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Nach dem Vorwärmen der Pellets werden diese in einem vierten Schritt aus dem Rohr entnommen. Dies erfolgt vorzugsweise über die wenigstens eine Öffnung. Sofern die eine Öffnung mit einem Deckel verschlossen ist, wird dieser zuvor abgenommen, um die Pellets aus der Öffnung zu entnehmen. Denkbar ist, dass bei zwei zueinander beabstandeten Öffnungen die vorgewärmten Pellets über wenigsten eine Öffnung herausgedrückt werden.
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In einem fünften Schritt werden die vorgewärmten Pellets in eine ein elektronisches Bauteil aufweisende Transfermoldvorrichtung eingesetzt. Mit anderen Worten werden die vorgewärmten Pellets der Transfermoldvorrichtung zugeführt.
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Im Anschluss wird in einem sechsten Schritt ein in der Transfermoldvorrichtung angeordneter Stempel verlagert, so dass das Kunststoffmaterial der Pellets das elektronische Bauteil zumindest abschnittsweise und/oder teilweise umgibt. Durch die Verlagerung des Stempels wird das Kunststoffmaterial der Pellets in eine das elektronische Bauteil aufweisende Kavität gepresst, so dass das Kunststoffmaterial zumindest abschnittsweise das elektronische Bauteil umhüllt.
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Auf diese Weise wird ein Transfermoldverfahren zum Umspritzen eines elektronischen Bauteils bereitgestellt, bei dem die Herstellungskosten reduziert werden können, da aufgrund der Pellets die erforderliche Kunststoffmenge zum Umspritzen präzise eingestellt werden kann und die Verweilzeit der Pellets in der Transfermoldvorrichtung durch das Vorwärmen der Pellets in dem Hochfrequenz-Vorwärmgerät reduziert werden kann.
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Denkbar ist, dass das Rohr innerhalb des Hochfrequenz-Vorwärmgeräts während der Vorwärmdauer der Pellets fixiert ist oder lose in das Hochfrequenz-Vorwärmgerät eingelegt wird. Alternativ dazu kann vorgesehen sind, dass das Rohr in dem Hochfrequenz-Vorwärmgerät rotierbar gelagert ist und zumindest zeitweise während der Vorwärmdauer der Pellets um die Längsachse des Rohres gedreht und/oder rotiert wird. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Vorwärmung der Pellets ermöglicht werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass innerhalb des Hochfrequenz-Vorwärmgeräts während der Vorwärmdauer bzw. Vorwärmphase der Pellets eine Temperatur gemessen wird. Vorzugsweise wird eine Oberflächentemperatur des Rohres und/oder eine Temperatur der Pellets gemessen. Wird eine Oberflächentemperatur des Rohres gemessen, so kann darüber vorzugweise ein Rückschluss auf die Temperatur der Pellets erfolgen. Denkbar ist, dass alternativ oder zusätzlich direkt die Temperatur der Pellets gemessen wird. Über die gemessene Temperatur kann der Grad der Vorwärmung der Pellets bzw. die Viskoelastizität der Pellets ermittelt werden.
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Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Vorwärmung der Pellets bis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur der Pellets durchgeführt wird. Folglich wird bei Erreichen einer vordefinierten Grenztemperatur bzw. eines vordefinieren Temperaturschwellenwerts die Vorwärmphase der Pellets beendet. Auf diese Weise kann die Dauer der Vorwärmphase präzise überwacht werden, um eine einheitliche Vorwärmung der Pellets für unterschiedliche Transfermoldverfahren sicherzustellen.
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Grundsätzlich kann jedes geeignete Thermometer zur Ermittlung der Pellettemperatur verwendet werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die Temperatur der Pellets über ein Infrarotthermometer gemessen wird. Vorstellbar ist, dass das Rohr und/oder der Deckel zumindest abschnittsweise transparent ausgebildet sind und durch den transparenten Bereich im Deckel und/oder im Rohr mittels des Infrarotthermometers die Temperatur der Pellets gemessen wird.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die Temperatur der Pellets während der Vorwärmphase der Pellets kontinuierlich gemessen wird. Somit kann die Vorwärmphase bei Erreichen eines Temperaturschwellenwerts zeitnah beendet werden, was sich vorteilhaft auf Herstellungszeit und somit auch auf die Herstellungskosten auswirken kann.
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Alternativ und/oder in Ergänzung zur Überwachung der Vorwärmphase der Pellets über die Pellettemperatur liegt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, dass eine Vorwärmdauer der Pellets abhängig ist von
- - einer Füllmenge der Pellets,
- - einem maximalen Durchmesser der Pellets,
- - einer thermischen Materialeigenschaft der Pellets und
- - einer Frequenz des Hochfrequenz-Vorwärmgeräts.
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Mit anderen Worten kann durch die verschiedenen Parameter aus zuvor ermittelten Versuchen eine Dauer für die Vorwärmung der Pellets ermittelt werden, so dass diese Parameter in Ergänzung und/oder als Alternative zur Temperaturüberwachung der Pellets genutzt werden können. Die Dauer der Vorwärmung verlängert sich vorzugsweise, wenn die Füllmenge der Pellets erhöht und/oder der Durchmesser der Pellets vergrößert wird. Ebenso können die thermischen Materialeigenschaften der Pellets, beispielsweise die Viskositätseigenschaften des Kunststoffmaterials der Pellets, sowie die gewählt Frequenz des Hochfrequenz-Vorwärmgeräts einen Einfluss auf die Dauer der Vorwärmung haben.
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Die Pellets werden in dem Hochfrequenz-Vorwärmgerät lediglich vorgewärmt, so dass diese aufgeweicht sind und vorzugsweise eine viskoelastische Konsistenz aufweisen. Diese Konsistenz reicht in der Regel nicht aus, dass die elektronische Komponente mittels des vorgewärmten Kunststoffs lunkerfrei und/oder fehlstellenfrei umspritzt werden kann. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht daher vor, dass die Transfermoldvorrichtung und/oder ein Stempelkopf des Stempels erwärmt wird. Die Temperatur der Transfermoldvorrichtung und/oder des Stempelkopfes liegt dabei oberhalb einer Temperatur der vorgewärmten Pellets. Vorzugsweise weist die Transfermoldvorrichtung und/oder der Stempelkopf an einer die Pellets aufweisenden Kontaktfläche einen Temperatur von größer 120°C, vorzugsweise von größer 140°C, und ganz besonders bevorzugt von größer 160°C, auf, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind. Somit können die vorvorgewärmten Pellets weiter aufgeweicht bzw. verflüssigt werden, um das elektronische Bauteil zumindest abschnittsweise zu umspritzen bzw. zu umströmen.
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In diesem Zusammenhang liegt eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung darin, dass die Erwärmung der Transfermoldvorrichtung und/oder des Stempelkopfes vor und/oder während des Verlagerungsschritts des Stempels erfolgt. Demnach kann vorgesehen sein, dass vor der Anordnung der vorgewärmten Pellets in der Transfermoldvorrichtung diese und/oder der Stempelkopf auf eine Mindesttemperatur vorgewärmt werden. Dies hat den Vorteil, dass der Transfermoldvorgang beschleunigt werden kann. Alternativ und/oder in Ergänzung kann vorgesehen sein, dass während der Verlagerung des Stempels eine Erwärmung der Transfermoldvorrichtung und/oder des Stempelkopfes erfolgt. Somit können auch die weiter außerhalb liegenden Pellets, also die Pellets mit dem größten Abstand zum elektronischen Bauteil, auf die entsprechende Temperatur zum Umspritzen des elektronischen Bauteils gebracht werden.
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In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Moldeinrichtung zum Umspritzen eines elektronischen Bauteils und zum Ausführen des erfindungsgemäßen Tranfermoldverfahrens, aufweisend ein Hochfrequenz-Vorwärmgerät und eine Transfermoldvorrichtung.
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In diesem Zusammenhang ist vorteilhaft vorgesehen, dass das Rohr einen Kunststoff aufweist und/oder aus einem Kunststoff ausgebildet ist. Ein Rohr, das einen Kunststoff aufweist, kann vorzugsweise aus einem Metall ausgebildet sein und eine Kunststoffbeschichtung aufweisen. Das Rohr kann eine Faserverstärkung, insbesondere eine Glasfaserverstärkung und/oder eine Carbonfaserverstärkung aufweisen. Durch derartige Rohre kann eine Wärme des von den Elektroden des Hochfrequenz-Vorwärmgeräts erzeugten induktiven Felds in das Rohrinnere eindringen, um die Pellets vorzuwärmen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Pellets eine maximalen Durchmesser und/oder einen maximalen Querschnitt aufweisen, der größer als 5 mm ist und kleiner als 100 mm ist, insbesondere größer 25 mm und kleiner 70 mm ist, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind. Je nach Größe der Pellets kann die Genauigkeit der erforderlichen Kunststoffmenge eingestellt werden. Kleinere Pellets haben zudem den Vorteil, dass diese schnell vorgewärmt werden können. Besonders vorteilhaft haben sich Pellets mit einem maximalen Durchmesser und/oder maximalen Querschnitt zwischen 8 mm und 50 mm erwiesen.
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Die Pellets sind aus Kunststoff ausgebildet. Besonders vorteilhaft sind die Pellets aus einem epoxibasierenden Duroplastmaterial ausgebildet. Ein derartiges Material weist für den Anwendungsbereich bis vorzugsweise 200°C eine erhöhte thermisch Stabilität auf. Ebenso kann eine erhöhte Mediendichtheit für korrosive Medien bereitgestellt werden. Zudem ist das Material im Anwendungsbereich formstabil. Überdies kann mit dem epoxibasierenden Duroplastmaterial der Pellets eine elektrisch isolierende Umhüllung bereitgestellt werden, die zudem eine hohe elektrische Durchschlagkraft aufweisen kann.
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Abschließend liegt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, dass das Hochfrequenz-Vorwärmgerät wenigstens zwei zueinander beabstandet angeordnete Rollenelektroden aufweist, wobei zumindest eine Rollenelektrode um deren Längsachse rotierbar ausgebildet ist, und das Rohr auf den Rollenelektroden aufgelegt ist. Auf diese Weise kann das Rohr während der Vorwärmphase der Pellets rotiert werden, so dass die Pellets gleichmäßig erwärmt und somit aufgeweicht werden.
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Es sei bemerkt, dass sämtliche Merkmale, welche vorstehend und nachfolgend in Bezug auf einen Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, gleichermaßen für jeden anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung gelten. Im Speziellen können sämtliche Merkmale des Transfermoldverfahrens auch Merkmale der Moldeinrichtung sein. Dies gilt auch umgekehrt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel. Das Ausführungsbeispiel ist nicht einschränkend, sondern vielmehr als beispielhaft zu verstehen. Es soll den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Die Anmelderin behält sich vor, einzelne und/oder mehrere der in dem Ausführungsbeispiel offenbarten Merkmale zum Gegenstand von Patentansprüchen zu machen, oder solche Merkmale in bestehende Patentansprüche aufzunehmen. Das Ausführungsbeispiel wird anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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In diesen zeigen:
- 1 ein Transfermoldverfahren und eine Moldeinrichtung, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In 1 ist ein Transfermoldverfahren TMV mit einer Moldeinrichtung EM zum Umspritzen eines elektronischen Bauteils EB gezeigt. Das elektronische Bauteil EB ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Getriebesteuergerät für ein Kraftfahrzeug. Durch das Umspritzen des elektronischen Bauteils EB können die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile EB vor korrosiven Medien, wie beispielsweise Öl, geschützt werden.
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In einem ersten Schritt 100 wird ein Rohr RO bereitgestellt, das wenigstens eine Öffnung OE aufweist. Die wenigstens eine Öffnung OE ist an einer distalen Stirnseite und/oder an einem distalen Ende des Rohres RO ausgebildet. In der Regel weist das Rohr RO jeweils eine Öffnung OE an dem jeweiligen distalen Ende des Rohres RO auf.
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In einem zweiten Schritt 110 werden Pellets PE aus einem Kunststoffmaterial über die wenigstens eine Öffnung OE in das Rohr RO befüllt. Für gewöhnlich wird nach der Anordnung der Pellets PE in dem Rohr RO die wenigstens eine Öffnung OE, vorzugsweise über ein Deckelelement, verschlossen, so dass die Pellets PE in dem Rohr RO eingeschlossen sind. Durch die Verwendung von Pellets PE, kann die genaue erforderliche Menge des Kunststoffmaterials zum Umspritzen des elektronischen Bauteils EB in dem Rohr RO angeordnet werden. Somit kann der Materialbedarf genau abgestimmt werden, wodurch die Materialkosten reduziert werden können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiels, jedoch nicht darauf beschränkt, weisen die Pellets PE einen Durchmesser von 9,8 mm auf. Vorzugsweise werden ausschließlich Pellets mit einem Durchmesser von 9,8 mm genutzt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Pellets mit einem unterschiedlichen Durchmesser verwenden werden, wobei die Abweichung maximal 10% in beide Richtungen ist. Das Kunststoffmaterial de Pellets PE ist ein epoxibasiertes Duroplastmaterial.
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In einem dritten Schritt 120 werden die in dem Rohr RO angeordneten Pellets PE mittels eines Hochfrequenz-Vorwärmgerät HVG vorgewärmt. Das Hochfrequenz-Vorwärmgerät HVG weist zwei untere Rollenelektroden RE auf. Zumindest eine Rollenelektroden RE ist um dessen Längsachse drehbar und/oder rotierbar gelagert. Denkbar ist, dass beide unteren Rollenelektroden RE rotierbar bzw. drehbar ausgebildet sind. Auf den unteren Rollenelektroden RE ist das mit den Pellets PE gefüllte Rohr RO angeordnet. Oberhalb des Rohres RO ist eine obere Elektrode EL angeordnet. Mit anderen Worten ist das Rohr RO zwischen der oberen Elektrode EL und den unteren Rollenelektroden RE angeordnet. Zwischen der oberen Elektrode EL und der unteren Rollenelektroden RE wird induktives Feld erzeugt, wodurch Wärme entsteht. Über diese Wärme werden die in dem Rohr angeordneten Pellets PE erwärmt. Durch das Erwärmen der Pellets PE geht das Kunststoffmaterial von einem festen Zustand in einen viskoelastischen Zustand über. Dies erfolgt vorliegend bei einer Temperatur der Pellets zwischen 70°C und 85°C. Durch das Vorwärmen der Pellets kann die Verweilzeit der Pellets PE innerhalb der Transfermoldvorrichtung TM reduziert werden, so dass der Herstellungsvorgangs des Transfermoldens beschleunigt werden kann, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden können.
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Nach dem Vorwärmen der Pellets PE werden diese in einem vierten Schritt 130 aus dem Rohr RO entnommen. Dies erfolgt über die wenigstens eine Öffnung OE. Sofern die eine Öffnung OE mit einem Deckelelement verschlossen ist, wird dieser zuvor abgenommen, um die Pellets PE aus der Öffnung OE zu entnehmen. Denkbar ist, dass bei zwei zueinander beabstandeten Öffnungen OE die vorgewärmten Pellets PE über wenigsten eine Öffnung OE herausgedrückt werden.
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In einem fünften Schritt 140 werden die vorgewärmten Pellets PE in eine ein elektronisches Bauteil EB aufweisende Transfermoldvorrichtung TM eingesetzt. Die Transfermoldvorrichtung TM weist wenigstens eine erste Werkzeughälfte EWH und eine auf die erste Werkzeughälfte EWH aufsetzbare zweite Werkzeughälfte ZWH auf. Durch die beiden Werkzeughälften EWH, ZWH wird eine Kavität KA ausgebildet, in der das elektronische Bauteil EB angeordnet ist. Mit anderen Worten werden die vorgewärmten Pellets PE der Transfermoldvorrichtung TM zugeführt.
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Im Anschluss wird in einem sechsten Schritt 150 ein in der Transfermoldvorrichtung TM angeordneter Stempel ST verlagert, so dass das Kunststoffmaterial der Pellets PE in die Kavität KA eindringt und das elektronische Bauteil EB zumindest abschnittsweise und/oder teilweise umgibt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Transfermoldvorrichtung TM und/oder ein Stempelkopf STK des Stempels ST erwärmt wird. Die Temperatur der Transfermoldvorrichtung TM und/oder des Stempelkopfes SK liegt dabei oberhalb einer Temperatur der vorgewärmten Pellets PE. Vorzugsweise weist die Transfermoldvorrichtung TM und/oder der Stempelkopf SK an einer die Pellets PE aufweisenden Kontaktfläche einen Temperatur zwischen 160°C und 185°C auf, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind. Somit können die vorvorgewärmten Pellets PE weiter aufgeweicht bzw. verflüssigt werden, um das elektronische Bauteil EB zumindest abschnittsweise zu umspritzen bzw. zu umströmen.
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Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Erwärmung der Transfermoldvorrichtung TM und/oder des Stempelkopfes STK vor und/oder während des Verlagerungsschritts des Stempels ST erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass der Transfermoldvorgang beschleunigt werden kann, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden können.
