DE4224122C2

DE4224122C2 - In einem Gehäuse eingegossene elektronische Schaltunng

Info

Publication number: DE4224122C2
Application number: DE19924224122
Authority: DE
Inventors: Ludwig Hahn
Original assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Current assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Priority date: 1992-07-22
Filing date: 1992-07-22
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: DE4224122A1

Description

Die Erfindung betrifft eine in einem Gehäuse 3 eingegos sene elektronische Schaltung, insbesondere Näherungs schalter gemäß Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Elektronische Schaltungen werden insbesondere zum Schutz vor Umgebungseinflüssen aber auch zur mechanischen Stabi lisierung in Vergußmassen, im allgemeinen in Gießharzen, eingebettet. Die Lebensdauer und die Funktionssicherheit solcher vergossener elektronischer Schaltungen hängen, insbesondere wenn Wechseltemperaturen einwirken, von der Auswahl der verwendeten Bauteilmaterialien und ihrer geometrischen Anordnung ab. Speziell im Hinblick auf Wechseltemperaturen sollten die Bauteile möglichst glei chen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen. Der Vergußmasse kommt hierbei als Bindeglied zwischen den verschiedenen, z. B. aus Metall oder Kunststoff oder Keramik bestehenden Bauteilen eine entscheidende Funkti on zu. Durch einen Zusatz von geeigneten Füllstoffen kann im allgemeinen der thermische Ausdehnungskoeffizi ent der Vergußmasse denen der anderen Bauteile angenä hert werden. Aber auch bei der Verwendung optimierter Vergußmassen ergeben sich noch erhebliche Probleme auf grund der Schrumpfung, die die Vergußmasse beim Aushär ten erfährt. Diese Schrumpfung führt zum erheblichen mechanischen Spannungen, durch die elektronische Bautei le zerstört oder ihre Anschlüsse gelockert oder sogar aus der Leiterplatte herausgerissen werden können. Sol che gefährlichen mechanischen Spannungen können aber auch später noch bei stärkerem Temperaturwechsel auftre ten.

Eine gattungsgemäße Schaltung ist aus der DE-OS 23 47 049 her bekannt. Dort ist die mit einer Schutzschicht ver sehene Leiterplatte in einer Schaumstoffumhüllung angeord net. Die so gebildete Baugruppe ist in Gießharz eingebet tet. Umhüllte Leiterplatten sind weiter aus der DE-OS 32 25 612 und dem DE-GM 19 15 166 her bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einerseits die Leiterplatte vollständig in Gießharz einzubetten und andererseits mit einfachen Mitteln die von der Verguß masse aufgrund von Schrumpfung oder Temperaturwechseln auf die Leiterplatte ausgeübten mechanischen Belastungen auf ein unkritisches Maß zu reduzieren.

Gelöst wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebe ne Erfindung.

Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.

Anspruch 10 gibt ein zur Verwirklichung der Erfindung bevorzugtes Verfahren an.

Ein elastisches Pufferelement fängt die im Vergußmasse körper auftretende mechanische Spannung weitestgehend auf. Da die Fläche, mit der die Vergußmasse an der Gehäu seinnenwand haftet, in der Regel größer ist als die Oberfläche der bestückten Leiterplatte, sind die bei Schrumpfung oder Temperaturwechsel auftretenden mechani schen Spannungen zur Gehäusewand hingerichtet. Durch das Pufferelement wird die mechanische Spannung, die in dem zwischen Pufferelement und Gehäuse liegenden Teil des Vergußmassekörpers auftritt, abgefangen. Es reicht dabei aus, daß die Leiterplatte nur teilweise schaumstoffumman telt ist. Beispielsweise kann der Schaumstoff die Form einer Hülse aufweisen, wenn das Gehäuse zylinderförmig ist. Die Stirnflächen sind dann nicht abgepuffert. Dies erlaubt eine einfache Fertigung der Pufferschicht aus einer geschlossenzelligen Schaumstoffauflage. Es ist zudem ein einfaches Vergießen mit nur einer Vergußmasse möglich. Das Pufferelement umschließt die Leiterplatte mit Abstand und ist allseitig in der Vergußmasse einge bettet.

Auf die bestückte Leiterplatte wirken dann nur die mechanischen Spannungen ein, die in dem zwischen Pufferelement und bestückter Leiterplatte liegenden Teil des Vergußmassekörpers auftreten. Dieser innere Teil wird der Erfindung zufolge möglichst klein gehalten, aber noch so groß, daß die bestückte Leiterplatte vollständig in Gießharz eingebettet und damit gegenüber äußeren Einflüssen gekapselt ist. Ferner ist auch das Pufferelement gegenüber Umgebungseinflüssen, insbesondere Feuchtigkeit, geschützt. Letzteres ist insbesondere von Bedeutung bei elektronischen Näherungsschaltern, da in ein nicht-gekapseltes Pufferelement eindringende Feuchtigkeit sich auf das Schaltverhalten, insbesondere auf den Ansprechabstand, nachteilig auswirken kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Pufferelement aus einem eine Schaumstofflage aufweisenden Folienlaminat bestehen, was vorzugsweise aus einem geschlossenzelligen Polyurethan-Schaumstoff auf einer Polycarbonat-Folie aufgebaut ist. Die Polyurethan-Schaumstofflage kann hierbei eine Dicke von etwa 0,4 mm und die Polycarbonat-Folie eine Dicke von etwa 0,1 mm aufweisen. Die Polyurethan-Schaumstofflage, die den eigentlichen elastischen Puffer darstellt, und die Polycarbonat-Folie verbinden sich etwa gleich fest und derart stark mit der Vergußmasse, daß es weder bei auftretender Schrumpfungsspannung noch bei temperaturbedingter Spannung zu einer Ablösung des Folienlaminats von der angrenzenden Vergußmasse kommt.

Das Pufferelement wird als ein die bestückte Leiterplatte umschließender Mantel ausgeführt. Im Falle zylindrischer Gehäuse kann das Pufferelement dabei die Form einer mit einem Längsschlitz versehenen Hülse oder die Form einer geschlossenen Hülse, deren Mantel mit stirnseitigen Randausnehmungen und/oder Durchbrüchen versehen ist, aufweisen. Bei Verwendung solcher Pufferelemente kann der Verguß in einem Arbeitsgang erfolgen.

Das Folienlaminat kann mit seiner Schaumstofflage dem äußeren Gehäuse zugewandt sein, jedoch wird der Erfindung zufolge bevorzugt die Polycarbonat-Folie dem Gehäuse zugewandt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Pufferelement aus einem durch Erwärmung geschrumpften Schrumpfschlauch aus Polycarbonat-Folie mit lose eingelegter, geschlossenzelliger Polyurethan-Schaumstofflage bestehen. Eine solche Schaltung kann dadurch hergestellt werden, daß zunächst die Leiterplatte mit einer auf tixotropes Fließverhalten eingestellten Vergußmasse beschichtet wird, daß nachfolgend die beschichtete Leiterplatte mit dem Schrumpfschlauch samt eingelegter Schaumstofflage umhüllt wird und daß anschließend durch Erwärmen die Vergußmasse ausgehärtet und dabei gleichzeitig der Schrumpfschlauch soweit geschrumpft wird, daß die Schaumstofflage die beschichtete Leiterplatte homogen und formschlüssig umgibt, wonach der Raum zwischen Gehäuse und geschrumpftem Schrumpfschlauch mit Vergußmasse ausgegossen wird. Dieses Verfahren bietet sich insbesondere bei Schaltungen an, die mit sehr unterschiedlich großen Bauteilen bestückt sind. Die Schaumstofflage kann diese Größenunterschiede sehr gut ausgleichen, ohne daß die Leiterplatte mit einer übermäßig dicken Vergußmasse beschichtet werden muß, in der beim Aushärten wieder unverhältnismäßig hohe Spannungen auftreten würden. Durch den auf die Schaumstofflage aufgeschrumpften Schrumpfschlauch wird die Schaumstofflage etwas komprimiert und insbesondere homogen und formschlüssig an die Leiterplatte angedrückt, wobei sie sich auch an unterschiedlich große Bauteile gut anschmiegt.

Der Gegenstand der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, in der zeigen:

Fig. 1 eine in einem zylindrischen Gehäuse untergebrachte elektronische Schaltung, im Querschnitt gesehen,

Fig. 2 die elektronische Schaltung nach Fig. 1, in einem axialen Schnitt gesehen,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines bei der elektronischen Schaltung nach der Fig. 1 und 2 vorgesehenen Pufferelementes,

Fig. 4 einen Teilschnitt durch die Wand des Pufferelementes nach Fig. 3 und

Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform eines Pufferelementes in perspektivischer Ansicht.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine elektronische Schaltung, die eine mit Bauelementen 1 bestückte Leiterplatte 2 aufweist, welche innerhalb eines zylindrischen Gehäuses 3 angeordnet und in einer Vergußmasse 4 eingebettet ist. Zwischen dem Gehäuse 3 und der Leiterplatte 2 ist ein die Leiterplatte mit Abstand umschließendes elastisches Pufferelement 5 in der Vergußmasse 4 angeordnet, welches, vgl. Fig. 2, ebenso wie die Leiterplatte 2 vollständig in Vergußmasse 4 eingebettet und damit vollständig gekapselt ist.

Das Pufferelement 5 ist als Folienlaminat ausgebildet, welches aus einer geschlossenzelligen Polyurethan-Schaumstofflage 6 auf einer Polycarbonat-Folie 7 besteht. Die Schichtdicke S der Polyurethan-Schaumstofflage 6 beträgt etwa 0,4 mm, und die Dicke s der Polycarbonat-Folie 7 beträgt etwa 0,1 mm. Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 besteht das Pufferelement 5 aus einem rechteckigen Folienlaminatzuschnitt, der in die Form einer mit einem Längsschlitz 8 versehenen Hülse gerollt ist. Die Polycarbonat-Folie 7 ist dem Gehäuse 3 zugewandt.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform besteht das Pufferelement 9 wiederum aus einem rechteckigen Folienlaminatzuschnitt, der hier allerdings mit Randausnehmungen 10 und Durchbrüchen 11 versehen ist. Der Zuschnitt ist hier zu einer geschlossenen Hülse gerollt. Die Randausnehmungen 10 und die Durchbrüche 11 sind so klein bemessen, daß die Vergußmasse beim Gießen durchtreten kann, daß aber andererseits die sich dort ausbildenden Vergußmassenbrücken nur in minimalem Umfang mechanische Spannungen zwischen dem an dem Gehäuse 3 und dem an der Leiterplatte 2 anhaftenden Teil des Vergußmassekörpers übertragen können.

Bezugszeichenliste

1 Bauelement
2 Leiterplatte
3 Gehäuse
4 Vergußmasse
5 Pufferelement
6 Polyurethan- Schaumstofflage
7 Polycarbonat-Folie
8 Längsschlitz
9 Pufferelement
10 Randausnehmung
11 Durchbruch
S Dicke
s Dicke

Claims

1. In einem Gehäuse (3) eingegossene elektronische Schal tung, insbesondere Näherungsschalter mit einer in einer Vergußmasse (4) eingebetteten, mit elektronischen Bauele menten (1) bestückten Leiterplatte (2), wobei zwischen dem Gehäuse (3) und der Leiterplatte (2) einer die Lei terplatte mit Abstand umschließende elastische Puffer schicht (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die als geschlossenzellige Schaumstoffauflage ausgebilde te Pufferschicht die Leiterplatte nicht vollständig umschließt und allseitig von einer Vergußmasse identi scher Zusammensetzung umgeben ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pufferelement (5) mit Abstand die Leiterplatte (2) umschließt und allseitig in der Vergußmasse (4) eingebettet ist.

3. Schaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Pufferelement (5) aus einem eine Schaumstofflage (6) aufweisenden Folienlaminat besteht.

4. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Folienlaminat aus einer geschlossenzel ligen Polyurethan-Schaumstofflage (6) auf einer Po lycarbonat-Folie besteht.

5. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Polyurethan-Schaumstofflage (6) eine Dicke (S) von etwa 0,4 mm und die Polycarbonat-Folie (7) eine Dicke (s) von etwa 0,1 mm aufweisen.

6. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Pufferelement (5) die Form einer mit einem Längsschlitz (8) versehenen Hülse besitzt.

7. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Pufferelement (9) die Form einer ge schlossenen Hülse aufweist, deren Mantel mit stirnseiti gen Randausnehmungen (10) und/oder Durchbrüchen (11) versehen ist.

8. Schaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Polycarbonat-Fo lie (7) dem Gehäuse (3) zugewandt ist.

9. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pufferelement aus einem durch Erwärmung ge schrumpften Schrumpfschlauch aus Polycarbonat-Folie mit loser eingelegter, geschlossenzelliger Polyurethan- Schaumstofflage besteht.

10. Verfahren zur Herstellung einer Schaltung nach An spruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Lei terplatte mit einer auf tixotropes Fließverhalten einge stellten Vergußmasse beschichtet wird, daß nachfolgend die beschichtete Leiterplatte mit dem Schrumpfschlauch samt eingelegter Schaumstofflage umhüllt wird und daß anschließend durch Erwärmung die Vergußmasse ausgehärtet und dabei gleichzeitig der Schrumpfschlauch soweit ge schrumpft wird, daß die Schaumstofflage die beschichtete Leiterplatte homogen und formschlüssig umgibt, wonach der Raum zwischen Gehäuse und geschrumpftem Schrumpf schlauch mit Vergußmasse ausgegossen wird.