DE2728487A1

DE2728487A1 - Verfahren zum ummanteln von bauelementen mit isolierstoff und nach diesem verfahren ummantelte bauelemente

Info

Publication number: DE2728487A1
Application number: DE19772728487
Authority: DE
Inventors: Peter Hofsaess
Original assignee: HOFSASS P
Current assignee: HOFSASS P
Priority date: 1977-06-24
Filing date: 1977-06-24
Publication date: 1979-01-04
Also published as: DE2728487C2

Description

Verfahren zum Ummanteln von Bauelementen
mit Isolierstoff und nach diese Verfahren ummantelte Bauelemente Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ummanteln von vorzugsweise metallgekapselten elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen mit Isolierstoff, insbesondere von mechanisch gesteuerten Temperaturwächtern in Miniaturbauweise sowie nach diesen Verfahren ummantelte Bauelemente.
Für manche Verwendungswecke der vorstehend genannten Bauelemente ist es erforderlich, diese mit einer Ummantelung aus Isolierstoff zu versehen, um einerseits eine bessere mechanische Festigkeit des Bauelements, andererseits eine gute Korrosions- und elektrische Kriechstrom-Festigkeit zu erhalten. Weiterhin ist eine Flüssigkeitsabdichtung erforderlich, um das Bauelement vor Zutritt von solchen Flüssigkeiten zu schützen, in denen es im Betrieb eingesetzt ist, oder auch vor Tränklacken, in die es beim oder vor de einbau in Geräte getaucht wird. Zu diesem Zweck ist es beispielsweise bekannt, das Bauelement mittels einer Vergußmasse, im allgemeinen Epoxidharz, abzudichten, wozu jedoch ein Folienrohr oder zusätzliche Schrumpfschläuche, Klebefolien oder dgl. zur elektrischen Isolation spannungsführender Teile erforderlich werden.
Es ist ein weiteres Verfahren bekannt, bei d-- die Bauelemente durch Aufsintern von Epoxidharzpulver abgedichtet und zugleich isoliert sind. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die geringe Temperatur, bei der die solchermaßen ummantelten Bauelemente betrieben werden können. Von Nachteil ist ferner, daß mit diesem bekannten Verfahren nur ungleichmäßige Wanddicken und eine vergleichsweise spröde Oberfläche der Ummantelung erzielbar ist. Schließlich ist dieses Verfahren vergleichsweise aufwendig und demzufolge kostenintensiv und aufgrund der relativ großen Ausschußquote denkbar unwirtschaftlich.
Schkießlich ist ein mit Isolierstoff ummanteltes Bauelement bekannt (DT-Gbm 73 33 932), bei dem zunächst auf des Gehäuse des Bauelements eine Kappe aus einem thermisch stabilen Kunststoff aufgesetzt und danach der offene, das Gehäuse des Bauelements nicht umschließende Teil der Kappe mittels eines Gießharzes vergossen wird. Das bei diese Bauelement angewandte bekannte Verfahren hat sich zwar in der Praxis bewahrt, denn es werden duit weitgehend konstante Waadstärken und eine satte Anlage der Umhüllung an dem Gehäuse des Bauelements erreicht, woraus zufrisdenstellende Werte für das Schaltverhalten des als Temperaturwächter dienenden Bauelementes resultieren. Nachteilig ist hierbei, daß das relativ teure Gießharz in vergleichsweise großer Menge erforderlich ist, die thermische Beständigkeit nicht allzu gut ist und das Gießharz vor rllw zum Verspröden neigt, insbesondere bei höheren Temperaturen.
Zum Erzielen einer gleichmäßig dünnen, der Oberfläche des Bauelements eng anliegenden U,lantelung, die dem Gehäuse des Bauelementes eine zusätzliche mechanische Festigkeit verleiht, kann zwar grundsätzlich das Spritzgießverfahren angewendet werden, mit dem bekanntlich solche Eigenschaften der Ummantelung erzielt werden können Durch das satte Anliegen der U antelung wird ein geringer thermischer Übergangswiderstand zwischen derselben und der Oberfläche des Gehäuses des Bauelements, durch ihre Dünnwandigkeit ein geringer thermischer Widerstand der Umhüllung erreicht.
Aus beiden Maßnahmen resultiert die insbesondere bei Temperaturwächtern erforderliche konstant bleibende Ansprechtemperatur und die schnelle Ansprechgeschwindigkeit. Die Anwendung des Spritzgießverfahrens auf die Bauelemente der eingangs erwähnten Art stößt aber, insbesondere bei Bauelementen in Niniaturbauweise, wegen des zur Erzielung einer satten Anlage der Ummantelung an der Oberfläche des Gehäuses und zur Erzeugung dünner Wandstärken notwendigen hohen Spritzducks von ca. 800 kp/cm2 auf erhebliche Schwierigkeiten, da das Gehäuse dieser Bauelemente ein Hohlkörper ist, der besonders druckempfindlich ist. Hierbei können die in dem Gehäuse gekapselten funktionellen Teile des Bauelementes leicht beschädigt werden, was wiederum zu einer großen Ausschußquote führt, die solche Schalter in nicht unbeträchtlichem Naß verteuert, weshalb die Anwendung des Spritzgießverfahrens bislang auf nur wenige, äußerst robuste und störunanfällige Bauelemente mit dickwandiger Netallkapselung beschränkt geblieben ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ummanteln von Bauelementen jeglicher Art vorzugschlagen, wobei die mit diese Verfahren erzeugte Ummantelung allen technischen und physikalischen Anforderungen genügen soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest der freie Teil des Gehäuses mit dc Isolierstoff unter Druck umspritzt wird.
Infolge der das Gehäuse teilweise umgebenden, diesem eng anliegenden Kappe kann der Druck beim Umspritzen zumindest des freien, von der Kappe nicht abgedeckten Teils - bezüglich des hohen Spritzdrucks von 800 kp/cm2 beim Umspritzen des gesamten Bauelementes in einem Arbeitsgang - bei gleicher Spritzqualität wesentlich, in jedem Fall um den Faktor 2 kleiner sein. Wird darüber hinaus nicht nur der fe, von der Kappe nicht abgedeckte Teil, sondern diese selbst auch vollständig mit Isolierstoff umspritzt, so legt sich die Kappe infolge des Spritzdrucks innig an die Oberfläche des Gehäuses des Bauelementes an, woraus ein geringer thermischer Übergangswiderstand zwischen der Gehäuse und der Ummantelung resultiert.
Gemäß einer zu dc vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zum Ummanteln des vorzugsweise metallischen Gehäuses von elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen mit Isolierstoff, insbesondere mechanisch gesteuerten Temperaturwächtern in Miniaturbauweise alternativen Lösung wird erfindungsgemäß das Gehäuse vor der Montage des Bauelements außenseitig teilweise mit Isolierstoff unter Druck umspritzt, dann das Bauelement unter Schließen des Gehäuses fertig montiert und danach zumindest der verbleibende Teil des Gehäuses mit Isolierstoff unter Druck umspritzt. Gegebenenfalls kann das Gehäuse auch in mehr als zwei Verfahrensschritten umspritzt werden. In zweckmäßiger Ausgestaltung beider vorstehend beschriebener Verfahren werden die Kappe bzw. der angespritzte und der freie Teil des Gehäuses mit Isolierstoff unter Druck umspritzt. Als besonders vorteilhaft, insbesondere mit Bezug auf die Betriebstemperatur hat es sich herausgestellt, wenn als Isolierstoff das Gehäuse und/ oder die Kappe mit einem glasfaserverstärkten, bis 200 C wärmebeständigen Thermoplast umspritzt wird. Dieser besitzt darüber hinaus den Vorteil, daß Angüsse in entsprechender Aufarbeitung, d.h. im gemahlenen Zustand wider verwendet werden können, was die Gestehungskosten eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ummantelten Bauelements weiter senkt.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner vorgesehen werden, daß beim Umspritzen entweder zugleich ein Zapfen mit einem Gewinde angespritzt, oder eine durchgehende Öffnung zur Anbaumontage des umspritzen Bauelements ausgespart wird( im übrigen können beliebige Formen der Umhüllung je nach Anwendungszweck hergestellt und darüber hinaus die Kenndaten des Bauelements mit angespritzt werden, so daß der hierfür nach dem Stande der Technik erforderliche Arbeitsgang ebenfalls entfällt.
Mit dem ersten Verfahren wird ein Bauelement mit einer erfindungsgemäß zumindest auf den freien Teil des Gehäuses im Spritzgießverfahren unter Druck aufgebrachten dünnen dem Gehäuse innig anliegenden Schicht aus Isolierstoff und mit dem zweiten Verfahren ein vor der Montage des Bauelements teilweise und nach der Montage unter Schließen des Gehäuses vollständig mit einer dünnen, dem Gehäuse innig anliegenden Schicht aus lsolierstoff unter Druck unspritztes Gehäuse erhalten Mit jeder der Alternativen kann stets eine gleichbleibende Form der Ummantelung mit dünner Wandstärke erreicht werden, die darüber hinaus der Oberfläche des Gehäuses des Bauelements satt anliegt. Hierdurch wird einerseits eine stets konstant bleibende thermische Anspruchtemperatur, andererseits eine hohe Ansprechgeschwindigkeit des als Temperaturwächter ausgebildeten Bauelements erreicht. Ferner wird die mechanische Stabilität des die funktionellen Teile des Bauelements kapselnden Gehäuses wesentlich erhöht und ist, wie die Praxis gezeigt hat, bis zu Betriebsdrücken von 100 kp:cm2, wie sie beim Einbandagieren in Feldwicklungen von Elektromotoren entstehen können, resistent. Die Ummantelung bildet ferner zugleich eine Zugentlastung für die Anschlußdrähte, die bei Ummantelungen nach dc Stande der Technik stets in einem gesonderten Arbeitsgang angebracht werden muß. Weiterhin hat sich gezeigt, daß die Durchschlagsfestigkeit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten U-mantelung bei einer Hochspannung von ca. 1,5 bis 2 kV liegt.
Überraschenderweise hat sich schließlich herausgestellt, daß fehlerhafte Lötstellen rn den Anschlußdrähten, z.B. sog. kalte Lötstellen, die häufig als verstreckte Fehler äußerlich nicht erkennbar sind, und bei späterem Betrieb zu Ausfällen führen, bei Anwendung des erefindungsgemäßen Verfahrens leicht entdeckt werden können, indem nämlich die Anschlußdrähte unter Wirkung des Spritzdrucks abreißen. Demgegenüber müssen die nicht umspritzten Schalter zum Erkennen dieser geringfügigen Defekte einer komplizierten Prüfung unterzogen werden.
Die einzelnen Verfahrensschritte sind nachfolgend anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten, Bauelemente erläutert.
Es zeigen: Figur 1 Das gemäß dem ersten Verfahren zu ummantelnde Bauelement; Figur 2 die Kappe für das Bauelement gemäß Figur 1; Figur 3 die auf das Bauelement gemäß Figur 1 aufgesetzte Kappe gemäß Figur 2; Figur 4 das gemäß dem ersten Verfahren ummantelte Bauelement im schematischen Querschnitt; Figur 5 ein gemäß eine- zweiten Verfahren zu ummantelndes Bauelementgehäuse; Figur 6 das außenseitig mit Isolierstoff ummantelte Gehäuse gemäß Figur 5; Figur 7 das gemäß Figur 6 ummantelte Gehäuse mit fertigmontiertem Bauelement; Figur 8 das vollständig umspritzte Bauelement gemäß Figur 7; nach dem ersten oder zwe Figur 9 verschiedene Ausführungsformen des bis 11 nach dem ersten oder zweiten Verfahren ummantelten Bauelements.
Da in Figur 1 gezeigte, insgesamt mit 1 bezeichnete Bauelement, beispielsweise ein Temperaturwächter in Miniaturbauweise, weist ein seine funktionellen Teile (in der Zeichnung nicht dargestellt) kapselndes Gehäuse 2, bispielsweise aus Metall auf. An seiner Oberseite sind elektrische Anschlußdrähte 3 angebracht.
In Figur 2 ist eine Kappe 4 aus Isolierstoff gezeigt, die wie in Figur 3 dargestellt, unterseitig auf das Gehäuse 2 des Bauelement 1 aufgeschoben ist und diesem eng anliegt.
Danach kann der freie, von der Kappe 4 nicht abgedeckte Teil des Gehäuses 2 des Bauelements 1 beispielsweise mittels einer Gießmasse vergossen werden (in der Zeichnung nicht dargestellt), oder aber in einer Druckgießform zumindest teilweise mit isolierstoff 5, vorzugsweise einem glasfaserverstärkten, bis 2000C wärmebeständigen Thermoplast unter Druck, beispielsweise bis 350 kp/cm2 umspritzt werden.
Gemäß einem zweiten, zu den vorstehend beschriebenen alternativen Verfahren wird das Gehäuse 2 des Bauelements gemäß Figur 5 in einem ersten Arbeitsgang außenseitig mit Isolierstoff 5 umspritzt, wie das in Figur 6 dargestellt ist, danach der Schalter 1 vollständig montiert (Figur 7).
Anschließend kann der freie, noch nicht umspritzte Teil des Gehäuses 2 entweder mit eine Gießmasse vergossen werden (in der Zeichnung nicht dargestellt), oder aber ohne diese Gießmasse in einem weiteren Verfahrensschritt vollständig mit lsolierstoff 5 umspritzt werden, wie das in Figur 8 dargstellt ist.
In Figur 9 ist eine andere Ausführungsform eines Schalters 6 dargestellt, bei dem der Isolierstoff 5 im Überschuß aufgspritzt und ein Durchgangsloch 8 ausgeformt wird, das zur Befestigung des Schalters mittels einer Schraube dienen kann.
Die abgewandelte Ausführungsform eines Schalters 7 gemäß den Figuren 10, 11 weist einen angespritzten Zapfen 9 mit einem Gewinde 10 auf, der in ein Innengewinde mit entsprechendem Durchmesser und Steigung direkt eingeschraubt werden kann.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zum Ummanteln des vorzugsweise metallischen Gehäuses von elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen mit Isolierstoff, insbesondere von mechanisch gesteuerten Temperaturwächtern in Miniaturbauweise, wobei auf das Gehäuse eine dieses teilweise satt uschließend. Kappe aufgesetzt und der freie, von der Kappe nicht abgedeckte Teil des Gehäuses mit dei Isolierstoff geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der freie Teil des Gehäuses (2) mit dem Isolierstoff (5) unter Druck umspritzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennpeichnet, daß die Kappe (4) selbst vollständig itt Isolierstoff (5) unter Druck umspritzt wird.
3. Verfahren zum Ummanteln des vorzugsweise metallischen Gehäuses von elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen mit Isolierstoff, insbesondere mechanisch gesteuerten Temperaturwächtern in Miniaturbauweise, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) vor der Montage des Bauelementes (1) außenseitig teilweise mit Isolierstoff (5) unter Druck umspritzt, dann das Bauelement (1) unter Schließen des Gehäuses (2) fertig montiert und danach zuitndest der verbleibende Teil des Gehäuses (2) mit Isolierstoff (5) unter Druck umspritzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der umspritzte und der verbleibende Teil des Gehäuses (2) mit Isolierstoff (5) umspritzt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei eine Druck von ca. 350 kp/cm2 gespritzt wird.
6. Verfahren nach eine. der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Isolierstoff (5) für das Gehäuse (2) und/od-r die Kappe (4) ein glasfaserverstärkter, bis 200°C wärmebeständiger Thermoplast verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Umspritzen zugleich ein Zapfen (9) mit eier Gewinde (10) angespritzt wird.
8. Verfahren nach eine. der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Umspritzen zugleich ein Durchgangsloch (8) ausgeformt wird.
9. Elektrisches und/oder elektronisches Baulement, insbesondere mechanisch gesteuerte Temperaturwächter in Miniaturbauweise dessen vorzugsweise metallisches Gehäuse eine dieses teilweise satt umschließende Kappe aufw igt, wobei der freie, von der Kappe nicht abgdeckte Teil des Gehäuses mit Isolierstoff umschlossen ist nach du Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine zumindest auf den freien Teil des Gehäuses (2) im Spritzgießverfahren unter Druck aufgebrachte dünne dem Gehäuse (2) innig anliegende Schicht aus Isolierstoff (5).
10. Bauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Schicht aus Isolierstoff (5) auch der Kappe (4) innig anliegt.
11. Elektrisches und/oder elektronisches Bauelement, insbesondere mechanisch gesteuerte Temperaturwächter in Miniaturbauweis-, dessen Gehäuse mit Isolierstoff unnantelt ist, gekennzeichnet durch ein vor der Montage des Bauelements (i) teilweise und nach der Montage unter Schließen des Gehäuses vollständig mit einer dünnen, den Gehäuse (2) innig anliegenden Schicht aus lsolierstoff (5) unter Druck unspritztes Gehäuse (2).
12. Bauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 111 dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (4) und/oder der isolierstoff (5) ein glasfaserverstärkter, bis 2000C wärmebeständiger Thermoplast ist.
13. Bauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch eine mit einem Durchgangsloch (8) und/ oder eine Zapfen (9) mit einem Gewinde (10) versehene Umhüllung aus lsolierstoff (5).