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Anordnung zum Abdichten von elektrischen Leitern in einem Kopfteil
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Abdichten von elektrischen Leitern
in einem Kopfteil, bestehend aus einem pfannenförmigen Isolierteil aus Epoxydharz
mit zumindest einer öfI-nung in seiner Bodenwand, in welche ein Z-förmig abgebogener
Leiter eingesetzt ist, wobei der pfannenförmige Teil mit einer Vergußmasse ausgefüllt
ist.
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Es sind Leiterdurchführungen bekannt, bei denen in dem Isolierteil,
durch welchen der Leiter hindurchgeht, an einem Ende um den Leiter herum eine pfannenförmige
Ausnehmung gebildet ist, welche zur Abdichtung des Leiters mit einer Vergußmasse
gefüllt ist. Bei dieser Leiterdurchführung geht der Leiter gerade durch den Isolierteil
und die Vergußmasse hindurch.
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Es ist weiterhin bekannt, einen Leiter zur Durchführung durch eine
dünne Wand Z-förmig abzubiegen und so anzuordnen, daß das Mittelstück des Z-förmig
abgebogenen Leiters senkrecht durch die Wand hindurchgeht, so daß die an das Mittelstück
angrenzenden Leiterteile zu der Wand parallel verlaufen, wobei der Leiter dann an
diesen parallel verlaufenden Abschnitten über Isolierkörper an der Wand abgestützt
ist.
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Es ist ferner bekannt, an durch Isolierteile hin-,durchgehenden, in
diesen vergossenen Leitern Verdickungen oder ähnliche Ausbildungen vorzusehen, um
eine verdrehungs- und verschiebungssichere Anordnung zu erhalten.
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Alle diese bekannten Leiterdurchführungen haben den Nachteil, daß
sie in Richtung des Leiters verhältnismäßig dick sein müssen, um eine ausreichende
Abdichtung zu erhalten, und daß auch in diesem Falle die Gefahr besteht, daß die
Dichtung bei Temperaturschwankungen leidet. Außerdem sind sie nur verhältnismäßig
schwierig herstellbar und bedürfen bei der Herstellung besonderer Halteeinrichtungen
für die Zentrierung und Halterung der Leiter bezüglich der Isolierteile.
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Demgegenüber schafft die Erfindung eine Anordnung der eingangs genannten
Art, bei welcher die Leiter in dem pfannenförmigen Isolierteil beim Vergießen selbsttätig
zentriert und gehalten sind, in dem fertigen Kopfteil eine höhere Biegefestigkeit
aufweisen, infolge verlängerter Dichtungsflächen selbst bei verhältnismäßig dünnen
Kopfteilen in diesen wesentlich besser als bei den bisherigen Leiterdurchführungen
abgedichtet sind, was sich besonders bei Temperaturschwankungen auswirkt, und eine
große Freiheit hinsichtlich der Abstandswahl zwischen den Leiterteilen auf der einen
und auf der anderen Seite des Kopfteiles gestatten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß die Bodenwand des pfannenförmigen Teiles in ihrer den Rand tragenden
oberen Fläche zumindest eine Ausnehmung aufweist, welche sich von der CSffnung in
seitlicher Richtung erstreckt und einen sich in gleicher Weise erstreckenden Teil
des Z-förmig gebogenen Leiters aufnimmt.
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Die neue Anordnung eignet sich hervorragend für Anwendungsfälle, bei
denen extreme Temperatur-und Feuchtigkeitsverhältnisse vorliegen, die beträchtlichen
Schwankungen unterworfen sind, und bei denen eine druck- und feuchtigkeitssichere
Abdichtung der Leiter gegen den Kopfteil trotzdem garantiert sein muß.
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Die neue Anordnung kann in vielen Fällen ohne weiteres an die Stelle
der bekannten Glas-Metall-Dichtungen oder Keramik-Metall-Dichtungen treten, die
wegen der hohen Temperaturen, denen die Leiter bei der Herstellung ausgesetzt werden,
Schwierigkeiten bereiten und zu Rißbildungen neigen.
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Die Anordnungen nach der Erfindung sind, wie bereits ausgeführt, demgegenüber
sehr einfach herstellbar,
da die bei der Herstellung anzuwendenden
Temperaturen verhältnismäßig niedrig sind und die Leiter in den Kopfteilen durch
die Ausnehmungen selbsttätig in der richtigen Lage zentriert und gehalten sind,
während sie vergossen werden.
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Die verlängerten Dichtungsflächen, die zu einer weitgehenden Unempfindlichkeit
der Abdichtung gegen Temperaturschwankungen führen, ergeben sich zufolge der Tatsache,
daß ein Teil des Z-förmig abgebogenen Leiters im Kopfteil zu der allgemeinen Durchführungsrichtung
im wesentlichen senkrecht verläuft, wodurch automatisch auch eine verdrehungssichere
Anordnung erhalten wird und die Abstände der auf der einen Seite und auf der anderen
Seite des Kopfteiles austretenden Leiter auf beiden Seiten nach Wunsch verschieden
gewählt werden können.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann der pfannenförmige
Teil eine in der Nähe seines Außenumfanges verlaufende Ringnut aufweisen, die zum
Aufstecken des pfannenförmigen Teiles auf eine kreisrunde Wandung dient.
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Die neue Anordnung wird unter Verwendung einer Vergußmasse, die bei
Anwendung von Wärme zunächst flüssig wird und anschließend aushärtet, vorzugsweise
dadurch hergestellt, daß der Z-förmig abgebogene Leiter in solcher Weise in die
Öffnung in der Bodenwand des pfannenförmigen Teiles eingesetzt wird, daß er auf
beiden Seiten des Isolierteiles von diesem vorragt und ein Teil von ihm in der Ausnehmung
angeordnet ist, in den Hohlraum des pfannenförmigen Teiles ein vorgeformter Vergußmassekörper
eingesetzt wird und die zunächst vorgeformte Vergußmasse durch Wärmeanwendung verflüssigt
und anschließend ausgehärtet wird.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert,
in welcher eine beispielsweise Ausführungsform von ihr dargestellt ist. In der Zeichnung
zeigt F i g. 1 einen vertikalen Querschnitt eines mit der Anordnung nach der Erfindung
ausgestatteten, fertigen Kopfteiles, F i g. 2 eine Draufsicht auf den pfannenförmigen
Isolierteil bei der Anordnung nach F i g. 1 und F i g. 3 eine Ansicht des auf einen
Becher aufgesetzten Kopfteiles nach F i g. 1.
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Bei der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ist ein
pfannenförmiger Teil B so konstruiert, daß die Leiter in ihrer Lage mit zusätzlichen
Verbindungskräften festgehalten werden können. Auch erlaubt es diese Ausführungsform
der Erfindung, daß die Leiter auf den entgegengesetzten Seiten der Kopfteile in
verschiedenem Abstand voneinander angeordnet werden können. Auf diese Weise ist
man nicht beschränkt darauf, die Zuführungen für ein elektronisches Bauteil im Inneren
eines Gehäuses genau so anzuordnen, wie die Leiter an der Außenseite angeordnet
sind.
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Bei der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung
besteht der pfannenförmige Teil B aus einem Boden 28 und einem umlaufenden, emporstehenden
Rand 30 in der Nähe des Umfanges des Teiles, so daß eine Höhlung zur Aufnahme der
Vergußmasse gebildet wird. Durch den Boden gehen Öffnungen 32 hindurch. In der Zeichnung
sind drei Öffnungen zu sehen, die auf einem gemeinsamen Kreis angeordnet sind. An
der Oberseite des Bodens sind Ausnehmungen 34 vorhanden, welche sich von den Öffnungen
32 aus in seitlicher Richtung erstrecken. Die Ausnehrnungen können bei der Formung
der pfannenförmigen Teile eingelassen werden, und die Öffnungen können danach gebohrt
werden. Die Ausnehmungen und die Öffnungen können aber auch beide bei der Formung
der schalenförmigen Teile eingelassen werden. Jede der Ausnehmungen 34, welche vorzugsweise
so gestaltet sind, daß sie genau passend einen Teil eines Leiters aufnehmen können,
kann von der entsprechenden Öffnung aus in jeder beliebigen Richtung seitlich verlaufen.
Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich alle Ausnehmungen
von den Öffnungen aus seitlich nach außen. Zur Schaffung einer zusätzlichen Halterung
beim Einsetzen der Leiter können die Ausnehmungen gegebenenfalls auch innerhalb
des Randes 30 enden, wobei der Rand eine vertikal verlaufende Vertiefung 36 hat,
die mit der entsprechenden Ausnehmung 34 in Verbindung steht. Bei der dargestellten
Ausführung kann der Kopfteil drei Leiter aufnehmen. Natürlich ist die Zahl der Leiter,
Ausnehmungen und Öffnungen nicht auf diese Anzahl beschränkt. Die Ausnehmungen können
bezüglich den Öffnungen auch so ausgerichtet werden, daß der entsprechende Leiter
sich auf der Dichtungsseite des Kopfstückes auf dem kleineren Durchmesser befindet,
nicht, wie dargestellt, auf der entgegengesetzten Seite.
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Die in den pfannenförmigen Teil B einzusetzenden Leiter 38 sind Z-förmig
abgebogen, so daß ein seitlich verlaufender Mittelabschnitt 40 zwischen den
Endabschnitten 42 und 44 gebildet wird.
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Der Leiterabschnitt 44 wird so angeordnet, daß er durch eine Öffnung
32 herausragt, der Leiterabschnitt 40 wird in eine Ausnehmung 34 eingesetzt,
und der Abschnitt 42 wird unmittelbar oberhalb des Abschnittes 40 von einer
Vertiefung 36 aufgenommen. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind
die Ausnehmungen halbzylindrisch und nehmen einen Teil der zylindrischen Abschnitte
40 auf. Nachdem die Leiter so in dem pfannenförmigen Teil aus Epoxydharz angeordnet
sind und durch diesen hindurchgehen, wird die Epoxydharz-Vergußmasse in den pfannenförmigen
Teil eingesetzt, erhitzt und ausgehärtet, wodurch eine Schicht 46 von dem Hohlraum
des pfannenförmigen Teiles entsprechender Form und Ausdehnung gebildet wird. Die
beschriebene Anordnung, bei der die wirksame mit der Vergußmasse in Verbindung stehende
Leiterlänge um den Abschnitt 40 vergrößert ist, verleiht der Verbindung zwischen
dem Leiter und dem Isoliermaterial eine zusätzliche Haftfestigkeit.
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Bei der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung
ist der pfannenförmige Teil B mit einem zweiten am Umfang angeordneten Rand 48 versehen.
Dieser hat von dem Rand 30 in radialer Richtung nach außen einen Abstand, so daß
zwischen diesen Rändern eine Umfangsnut 50 entsteht.
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F i g. 3 zeigt, wie der Kopfteil nach F i g. 1 und 2 zum Verschluß
des offenen Endes eines Gehäuses für einen elektrischen oder elektronischen Bauteil
auf die Gehäusewandung aufgesetzt wird. Das Gehäuse kann aus Metall, Kunststoff,
beispielsweise Epoxydharz, oder Glas bestehen. Die Wände der Nut 50 und/oder der
obere Rand des Gehäuses, die ineinanderpassen, können mit Epoxydharzklebemitte164
überzogen werden. Nach dem Zusammensetzen und dem Aushärten des Epoxydharzklebers
besteht zwischeu
dem Kopfteil und dem Bauelementgehäuse eine hermetische
Dichtung.
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Der pfannenförmige Teil B wird vorzugsweise durch Pressen einer Epoxydharzzusamrnensetzung
hergestellt. Eine bevorzugte Zusammensetzung, welche für die Herstellung des pfannenförmigen
Teiles verwendet werden kann, ist die folgende:
| Gewichtsteile |
| Epoxydharz ................... 100 |
| Füllstoff ...................... 50 |
| Härtemittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 |
Ein geeignetes Epoxydharz ist beispielsweise das Shell Epon 828, das von der Shell
Company hergestellt wird. Ein geeigneter Füllstoff ist beispielsweise ein inertes
Mineralpulver, etwa ein Schieferpulver von 200 mesh. Als Härtmittel kann jeder der
bekannten Epoxydharzhärter dienen; solche sind die aromatischen Amine, beispielsweise
Metaphenylendiamin oder ein niedrigeres aliphatisches Amin, z. B. Triäthylentetramin,
oder ein Säureanhydrid, z. B. ein Phthalsäureanhydrid.
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Das Schieferpulver wird dem Epoxydharz zugegeben und gemischt. Daraufhin
wird das Härtmittel, Metaphenylendiamin, zugesetzt und sorgfältig vermengt. Die
Mischung wird alsdann in Pfannen gegossen und beginnt innerhalb mehrerer Stunden
zur B-Phase zu härten. Die Mischung wird zu Pulver zerrieben und für die Preßformung
der pfannenförmigen Teile B verwendet. Vorzugsweise werden die pfannenförmigen Teile
bis zu einem teilweise gehärteten Zustand geformt, d. h., die Zusammensetzung ist
geliert, und bei Anwendung von Hitze wird sie nicht flüssig, sondern sie steht kurz
vor dem völligen Aushärten. Die pfannenförmigen Teile können in diesem Zustand lange
gelagert werden und sind bis zu etwa 200° C formbeständig. Ein geeigneter Formungsvorgang
erstreckt sich über 5 bis 10 Minuten bei etwa 120 bis 150° C. Die Form sollte hochglanzpoliert
und mit einem Ausformungsmittel überzogen sein. Gegebenenfalls kann eine viskose
Flüssigkeitsmischung aus Epoxydharz und Härter mit oder ohne Füllstoff in geeignetem
Mengenverhältnis direkt in die Höhlungen der Form gegossen und völlig oder teilweise
ausgehärtet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Vergußmasse
ein vorgeformter Körper aus Epoxydharz verwendet, der eine vorbestimmte Größe hat,
die so bemessen ist, daß die Höhlung 14 voll ausgefüllt wird und die Leiter in ihrer
Lage festgehalten werden. Eine geeignete Zusammensetzung, welche für die Herstellung
der Vergußmassekörper verwendet werden kann, ist die folgende:
| Gewichtsteile |
| Epoxydharz ................... 100 |
| Füllstoff ...................... 50 |
| Härtemittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 |
Ein bevorzugtes Epoxydharz ist beispielsweise das Ciba Araldit 6060, und ein bevorzugtes
Härtmittel ist Phthalsäureanhydrid, wobei der Füllstoff ein Schieferpulver von etwa
200 mesh ist. Das Epoxydharz wird durch Erhitzen bis zu etwa 120° C geschmolzen,
worauf das Schieferpulver hinzugegeben und mit dem Harz vermischt wird. Alsdann
wird das Phthalsäureanhydrid dazugemengt, und die Bestandteile werden etwa 20 Minuten
lang bei etwa l20° C gemischt. Die heiße Mischung wird in Pfannen gegossen und bis
zum nahezu festen Zustand abgekühlt. Dann wird sie in Klumpen gebrochen und pulverisiert.
Aus dem entstehenden Pulver werden einzelne Körper geformt, damit die Zusammensetzung
in den Zustand einer festen Lösung gebracht wird. Beim Formen oder Pressen des Pulvers
kann in geringem Maße Wärme zugeführt werden. Die Körper sind noch in einem thermoplastischen
Zustande und schmelzen bei einer Temperatur zwischen etwa 120 und 150° C, bevor
sie zu gelieren und auszuhärten . beginnen.
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Zum Vergießen der Höhlung werden die pfannenförmigen Teile mit den
eingesetzten Leitern und den eingesetzten vorgeformten Vergußmassekörpern in einen
Ofen gebracht oder auf andere Weise der Hitze ausgesetzt, und zwar etwa 3 Stunden
lang bei einer Temperatur von etwa 150° C. Gegebenenfalls kann auch eine niedrigere
Temperatur über längere Zeit hin angewendet werden, z. B. 120° C über 12 Stunden.
Die Körper schmelzen, fließen um die Leiter herum und füllen in jedem pfannenförmigen
Teil die Höhlung 14 aus. Die Epoxydharz-Vergußmasse fließt auch in die Öffnungen
32 hinunter und in diesem Gebiet rund um die Leiter herum. Die Vergußmasse härtet
dann aus, so daß (s. F i g. 1) eine Schicht 46 entsteht, welche im wesentlichen
die gleiche Form hat wie der Hohlraum im pfannenförmigen Teil und diesen bis zum
Rand im wesentlichen vollständig füllt. Die teilweise gehärteten pfannenförmigen
Teile sowie die Vergußmasse werden nunmehr gänzlich ausgehärtet und miteinander
und mit den Leitern homogen verbunden.
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Statt in Form von vorgeformten Körpern kann die Epoxydharz-Vergußmasse
auch in Form von trockenem Pulver in flüssigem Zustand eingefüllt werden. Der Epoxydharzzusammensetzung
für die pfannenförmigen Teile und für die Vergußmasse können natürlich auch Zusätze,
wie Farbstoffe, die Flexibilität fördernde Mittel und Verstärkungsmittel beigegeben
werden. Auf diese Weise können die Eigenschaften der pfannenförmigen Teile, der
Vergußmasse und der fertigen Kopfteile abgewandelt werden.
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In der Zeichnung sind der pfannenförmige Teil und das Gehäuse für
das Bauelement zwar mit kreisrundem Umriß dargestellt, doch versteht es sich, daß
diese Teile auch andere, einander entsprechende Formen haben können.