EP0374545A2 - Schaltvorrichtung - Google Patents

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EP0374545A2
EP0374545A2 EP89122151A EP89122151A EP0374545A2 EP 0374545 A2 EP0374545 A2 EP 0374545A2 EP 89122151 A EP89122151 A EP 89122151A EP 89122151 A EP89122151 A EP 89122151A EP 0374545 A2 EP0374545 A2 EP 0374545A2
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EP
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switch
switching device
sleeve
injection
molded
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Reinhold Barlian
Otto Dr. Eberhardt
Karl-Heinz Lux
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/02—Bases, casings, or covers
    • H01H9/04—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof casings

Definitions

  • the invention relates to a method for encapsulating a switch with the features of the preamble of claim 1 and a switching device produced by the method.
  • the switch to be encapsulated is introduced into a mostly multi-part housing, which is held together by plastic, screwed, glued or poured out and sealed.
  • These known manufacturing methods are costly and inevitably include several operations that can affect the function of the switch and the tightness of the encapsulation.
  • the object of the invention is to further develop a method for encapsulating a switch in such a way that a reduction in the amount of work and a switch closure that is gentle on the switch function is achieved with simple means, which has a high level of safety and can be used in particularly endangered surroundings.
  • An advantageous switching device produced by the method is characterized by the features of claim 2.
  • the switching device 1 includes a switch 2, which can preferably be designed as a microswitch.
  • the microswitch 2 has a plunger 3 which protrudes on the upper switch surface 4 in the drawing.
  • Electrical conductors 5 can be provided on the opposite lower side, which can be combined individually or in a hose line and Connections 6 on the underside 7 of the switch 2 can be fixed, for example, by means of screws, soldering or welding.
  • the conductors 5 have a cable lug 8 which is fixed at the connection 6.
  • the switch 2 In a plane above the connections 6, the switch 2 has two through bores 9 through which fastening screws or the like, not shown here, can be inserted.
  • a hood 10 is placed over the switch 2, which closely encloses the essentially rectangular microswitch 2 on the four side surfaces and on the upper switch surface 4.
  • the hood 10 At the top, the hood 10 has a guide sleeve 11 which can expediently be formed with the hood 10 in the same material.
  • a seal 13 which is preferably designed as an O-ring, can be provided, which can be mounted in an annular groove 14, which is expediently formed coaxially to the guide sleeve 12 on the end face facing the switch 2, and on the upper switch surface 4 is present, so that here a gas-tight seal is provided between the hood 10 or the guide sleeve 11 and the switch 2.
  • the seal 13 can be expediently made of a rubber-elastic material.
  • An actuator 15 can be mounted in a preferably stepped bore of the guide sleeve 11 in such a way that an ignition-resistant gap is formed.
  • the actuator 15 acts against the plunger 3 and can be rigid in the axial direction.
  • the actuator 15 cannot be rigid, but rather, according to the exemplary embodiment shown, be designed as a so-called overstroke segment and, for this purpose, have a pot-shaped lower part 16 and a hollow cylindrical head part 17, which can be pressed into the lower part 16 against the force of a helical compression spring 18 when the lower part 16 acting against the plunger 3 has been displaced axially downward against the switch 2.
  • the FIG. 1 clearly shows that both the lower part 16 and the head part 17 are axially guided in the guide sleeve 11 and that the telescopic head part 17 is also guided on the inner surface of the pot-shaped wall of the lower part 16.
  • the actuator 15 has a hood-shaped membrane 19 which has a bead-shaped peripheral edge 20.
  • the bead 20 is supported in a groove 21 formed on the upper end face of the guide sleeve 11.
  • the membrane 19 can have a stop 22 at the top, which rests on the head part 17 and on which an actuating lever 23 or the like can rest, which is pivotably mounted on an axis 24.
  • the actuating lever 23 can also be supported by a coil spring 25 shown in dashed lines. If the actuating lever 23 is pivoted downward against the force of the helical spring 25 and against the stop 22, the actuator 15 is displaced axially downward, so that the plunger 3 is immersed in the switch 2. If the actuation stroke is greater than the stroke required for the actuation of the plunger 3, the head part 17 of the actuator is immersed 15 in the lower part 16.
  • the switching device 1 has on the outside only a plastic injection-molded sleeve 26 which encloses the switch 2, the hood 10 with the guide sleeve 11 and the connections 6 with the conductors 5 in an explosion-protected manner, that is to say explosion-proof, preferably closely, so that there are no voids.
  • an injection molded edge 27 of the injection molded cover 26 overlaps the bead 20 of the membrane 19, so that the membrane edge 20 is clamped gas-tight in the guide sleeve groove 21.
  • the electrical conductors 5 are tightly and gas-tightly enclosed by the plastic injection-molded sleeve 26, so that the homogeneous plastic injection-molded sleeve 26 alone provides an absolutely sealed encapsulation of the switch 2 and the associated parts.
  • the injection molded encapsulation according to the invention consists of a homogeneous wall thickness which extends over the entire circumference, including all functional parts.
  • the switch parts can be encapsulated directly in a single injection molding operation, in which case both thermoplastic and thermosetting plastic can be injected as a hermetically sealed casing.
  • a major advantage is that after the completion of the spraying process, the hermetically sealed encapsulation is completely produced and no further sealing work as with the known switches is necessary, so that overall a technically better switching device and also a significant cost saving is achieved.
  • the gas-tight and explosion-proof plastic sleeve 26 produced by the injection molding process can have approximately the same wall thicknesses all around. In a preferred embodiment, however, it may be advantageous to design the lower part 32 of the injection-molded casing, in which the connections 6 and the electrical conductors 5 are embedded gas-tight, to be substantially thicker, for example five to ten times thicker, than the side walls of the plastic injection-molded casing 26, so that extremely long insulating distances are provided and safe use in an explosive atmosphere is guaranteed.
  • the switching insert 2 itself is not exposed to any risks with regard to damage or malfunction, so that a high level of security is provided for permanent functionality. Because of the injection molding encapsulation method according to the invention, no additional measures need to be taken for a careful sealing, since the preferably gas-tight encapsulation can take place directly in a single injection molding encapsulation process.

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Abstract

Beim Kapseln eines Schalters soll eine dichte Umhüllung erzielt werden. Der Schalter wird mit thermo- oder duroplastischem Kunststoff explosionsgeschützt dicht umspritzt, so daß der Schalter der Schaltvorrichtung in einer homogenen Kunststoffspritzgußhülle dicht eingeschlossen ist. Kapseln eines Schalters

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kapseln eines Schalters mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine nach dem Verfahren herge­stellte Schaltvorrichtung.
  • Bei bekannten Fertigungsverfahren wird der zu kapselnde Schalter in ein zumeist mehrteiliges Ge­häuse eingebracht, das durch Schrauben, Kleben oder Ausgießen mitKunststoff zusammengehalten und ver­schlossen wird. Diese bekannten Herstellungsverfahren sind kostenaufwendig und beinhalten zwangsläufig mehrere Arbeitsgänge, die die Funktion des Schalters und die Dichtheit der Kapselung beeinträchtigen können.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Kapseln eines Schalters dahingehend weiter­zubilden, daß mit einfachen Mitteln eine Redu­zierung des Arbeitsaufwands und ein die Schalter­funktion schonender, derart dichter Schaltereinschluß erzielt wird, der eine hohe Sicherheit aufweist und in besonders gefährdeter Umgebung einsetzbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Eine nach dem Verfahren hergestellte vorteilhafte Schaltvorrichtung ist durch die Merkmale des Anspruchs 2 gekennzeichnet.
  • Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie weitere Vorteile und wesentliche Einzelheiten der Erfindung sind den Merkmalen der Unteransprüche, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die in schematischer Darstellung bevorzugte Ausführungsformen als Beispiel zeigt. Es stellen dar:
    • FIG. 1 eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in geschnittener Seitenansicht,
    • FIG. 2 die Schaltvorrichtung gemäß FIG. 1 in einer anderen Seitenansicht, teilweise geschnitten, und
    • FIG. 3 einen Teil der Schaltvorrichtung gemäß FIG. 2, jedoch in einer anderen Ausführung, in geschnittener Darstellung.
  • Die in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 1 beinhaltet einen Schalter 2, der bevorzugt als Mikroschalter ausgeführt sein kann. Der Mikroschalter 2 besitzt einen Stößel 3, der an der in der Zeichnung oberen Schalterfläche 4 vorsteht. An der gegenüberliegenden unteren Seite können elektrische Leiter 5 vorgesehen sein, die einzeln oder in einer Schlauchleitung zusammengefaßt sein können und Anschlüssen 6 an der Unterseite 7 des Schalters 2 beispielsweise mittels Schrauben, Löten oder Schweißen festgelegt sein können. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Leiter 5 einen Kabel­schuh 8 auf, der am Anschluß 6 festgelegt ist.
  • In einer Ebene über den Anschlüssen 6 weist der Schalter 2 zwei durchgehende Bohrungen 9 auf, durch die hier nicht dargestellte Befestigungsschrauben oder dergleichen hindurchgesteckt werden können. Über den Schalter 2 ist eine Haube 10 gestülpt, die den im wesentlichen rechteckförmigen Mikroschalter 2 an den vier Seitenflächen und an der oberen Schalterfläche 4 eng umschließt. Oben weist die Haube 10 eine Führungshülse 11 auf, die mit der Haube 10 zweckmäßig materialeinheitlich ausgebildet sein kann. An der dem Schalter 2 zugewandten Innenseite 12 der Haube 10 kann eine vorzugsweise als O-Ring ausgebildete Dichtung 13 vorgesehen sein, die in einer zweckmäßig koaxial zur Führungshülse 12 an der dem Schalter 2 zugewandten Stirnseite ausgebildeten Ringnut 14 gelagert sein kann und an der oberen Schalterfläche 4 anliegt, so daß hier zwischen der Haube 10 bzw. der Führungshülse 11 und dem Schalter 2 ein gasdichter Abschluß gegeben ist. Die Dichtung 13 kann zweckmäßig aus einem gummi­elastischen Material hergestellt sein.
  • In einer vorzugsweise abgestuften Bohrung der Führungs­hülse 11 kann ein Betätiger 15 so gelagert sein, daß ein zünddurchschlagsicherer Spalt gebildet ist. Der Betätiger 15 wirkt gegen den Stößel 3 und kann in axialer Richtung starr ausgebildet sein. In bevorzugter Ausführung kann der Betätiger 15 jedoch nicht starr, sondern gemäß dem dargestellten Aus­führungsbeispiel als sogenanntes Überhubsegment aus­gebildet sein und dazu einen topfförmigen Unterteil 16 und einen hohlzylinderförmigen Kopfteil 17 besitzen, der gegen die Kraft einer schraubenförmigen Druckfeder 18 in den Unterteil 16 hineindrückbar ist, wenn der gegen den Stößel 3 wirkende Unterteil 16 axial nach unten gegen den Schalter 2 verlagert worden ist. Die FIG. 1 zeigt deutlich, daß sowohl der Unterteil 16 als auch der Kopfteil 17 in der Führungshülse 11 axial geführt sind und daß der teleskopierbare Kopf­teil 17 außerdem an der Innenfläche der topfförmigen Wand des Unterteils 16 geführt ist.
  • Oben weist der Betätiger 15 eine haubenförmige Membrane 19 auf, die einen wulstförmigen Umfangsrand 20 besitzt. Der Wulstrand 20 ist in einer an der oberen Stirnseite der Führungshülse 11 ausgebildeten Nut 21 gelagert. Die Membrane 19 kann oben einen Anschlag 22 besitzen, der auf dem Kopfteil 17 auf­sitzt und auf dem ein Betätigungshebel 23 oder der­gleichen aufliegen kann, der an einer Achse 24 schwenkbar gelagert ist. Der Betätigungshebel 23 kann außerdem von einer gestrichelt dargestellten Schraubenfeder 25 unterstützt sein. Wird der Betätigungshebel 23 gegen die Kraft der Schraubenfeder 25 und gegen den Anschlag 22 nach unten geschwenkt, wird der Betätiger 15 axial nach unten verlagert, so daß der Stößel 3 in den Schalter 2 eintaucht. Sollte der Betätigungshub größer sein als der für die Betätigung des Stößels 3 not­wendige Hub, so taucht der Kopfteil 17 des Betätigers 15 in den Unterteil 16 ein.
  • Wie der Zeichnung klar zu entnehmen ist, weist die Schaltvorrichtung 1 außen ausschließlich eine Kunst­stoffspritzgußhülle 26 auf, die den Schalter 2, die Haube 10 mit der Führungshülse 11 und die Anschlüsse 6 mit den Leitern 5 explosionsgeschützt, also Ex-sicher, bevorzugt eng umschließt, so daß keine Hohlräume gegeben sind. Außerdem übergreift ein Spritzgußrand 27 der Spritz­gußhülle 26 den Wulstrand 20 der membrane 19, so daß der Membranrand 20 in der Führungshülsennut 21 gas­dicht eingespannt ist. Ebenso sind die elektrischen Leiter 5 von der Kunststoffspritzgußhülle 26 eng und gasdicht umschlossen, so daß allein durch die homogene Kunststoffspritzgußhülle 26 eine absolut dichte Kapselung des Schalters 2 und der zugehörigen Teile gegeben ist. Die erfindungsgemäße Spritzguß­kapselung besteht aus einer homogenen Wanddicke, die sich über den gesamten Umfang einschließlich aller funktioneller Teile zieht. Das unmittelbare Verkapseln der Schalterteile kann in einem einzigen Spitzguß­arbeitsgang erfolgen, wobei sowohl thermoplastischer als auch duroplastischer Kunststoff als hermetisch dichte Umhüllung gespritzt werden kann. Ein wesent­licher Vorteil besteht darin, daß nach dem Abschluß des Spritzvorganges die hermetisch dichte Kapselung vollständig hergestellt ist und keinerlei weitere Abdichtungsarbeiten wie bei den bekannten Schaltern mehr notwendig sind, so daß insgesamt eine technisch bessere Schaltvorrichtung und zudem eine deutliche Kosteneinsparung erreicht wird.
  • Darüber hinaus kann es günstig sein, die Schalter­bohrungen 9 bzw. deren Wandungen mit einer Kunststoff­schicht ebenfalls hermetisch dicht zu umhüllen und dazu eine rohrförmige Isolierung 28 in der Bohrung 9 vorzusehen. Diese Bohrungsisolierung 28 kann stoff­schlüssig mit der Kunststoffspritzgußhülle 26 ver­bunden sein und dazu gemäß der in FIG. 2 dargestellten Ausführungsform materialeinheitlich mit der Kunst­stoffspritzgußhülle 26 in ein und demselben Spritzguß­vorgang hergestellt sein. Gemäß einer anderen bevor­zugten Ausführungsform kann es jedoch auch günstig sein, die gemäß FIG. 3 in der Bohrung 9 vorgesehene Isolierung als gasdichte Kunststoffhülse 29 aus­zubilden, die mit ihren Stirnenden 30 bis in den Bereich der Kunststoffspitzgußhülle 26 ragt. Beim Spritzvorgang, also bei der Herstellung der Kunst­stoffspritzgußhülle 26, erfolgt gleichzeitig, also in ein und demselben Arbeitsgang, eine Spritzver­schweißung 31 an den Stirnenden 30, so daß auch hier eine hermetisch dichte Umhüllung erzielt werden kann.
  • Die im Spritzgußverfahren hergestellte gasdichte und Ex-sichere Kunststoffhülle 26 kann ringsum annähernd gleiche Wanddicken aufweisen. In bevorzugter Ausgestaltung kann es jedoch günstig sein, die Spritzgußhüllen­unterwand 32, in der die Anschlüsse 6 und die elektrischen Leiter 5 gasdicht eingebettet sind, wesentlich dicker, z.B. fünf bis zehn mal dicker auszubilden als die Seitenwände der Kunststoffspritz­gußhülle 26, so daß ausgesprochen lange Isolier­strecken gegeben sind und ein sicherer Einsatz in explosionsgefährdeter Umgebung gewährleistet ist.
  • Durch die erfindungsgemäße Kunststoffspritzguß­kapselung ist der Schalteinsatz 2 selbst keinerlei Risiken hinsichtlich einer Beschädigung oder Funktionsstörung ausgesetzt, so daß eine hohe Sicher­heit für eine dauerhafte Funktionstüchtigkeit gegeben ist. Aufgrund des erfindungsgemäßen Spritz­gußeinkapselungsverfahrens brauchen keine zusätzlichen Maßnahmen für eine sorgfältige Abdichtung ergriffen zu werden, da die vorzugsweise gasdichte Einkapselung unmittelbar in einem einzigen Spritzgußumhüllungsvor­gang erfolgen kann.

Claims (11)

1. Verfahren zum Kapseln eines Schalters (2), insbe­sondere Mikroschalters, der über einen Stößel (3) betätigbar ist, dadurch gekennzeicnet, daß der Schalter (2) mit thermo- oder duroplastischem Kunst­stoff explosionsgeschützt dicht umspritzt wird.
2. Schaltvorrichtung mit einem gekapselten Schalter (2), insbesondere Mikroschalter, der über einen Stößel (3) betätigbar ist, hergestellt nach vor­stehendem Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (2) in einer homogenen Kunststoffspritzguß­hülle (26) explosinsgeschützt dicht eingeschlossen ist.
3. Schaltvorrichtung nach vorstehendem Anspruch, da­durch gekennzeichnet, daß die Spritzgußhülle (26) den Schalter (2) und diesem zugehörige elektrische Leiter (5) und Anschlußteile (6,8) bevorzugt eng umschließt und einen Ex-sicheren Abschlußraum von innen nach außen bildet.
4. Schaltvorrichtung nach einem oder mehreren der vor­stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in min­destens einer Bohrung (9) des Schalters (2) einen rohr­förmige Isolierung (28) vorgesehen ist, die mit der den Schalter (2) umschließenden Spritzgußhülle (26) stoffschlüssig verbunden ist.
5. Schaltvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (28) der Bohrung (9) und die den Schalter (2) bevorzugt hohlraumfrei umschließende Spritzgußhülle (26) materialeinheitlich ausgebildet und bevorzugt in einem Arbeitsgang hergestellt sind.
6. Schaltvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (28) in der Bohrung (9) als Kunststoff­hülse (29) ausgebildet ist, die an den Stirnenden (30) mit der gasdichten Spritzgußhülle (26) des Schalters (2) mittels Spritzschweißung (31) dicht ver­bunden ist.
7. Schaltvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der einer Spritzgußhüllenunterwand (32) gegen­überliegenden Schalterfläche (4) eine Führungshülse (11) vorgesehen ist, in der mit einem zünddurchschlag­sicheren Spalt ein Betätiger (15) für den Stößel (3) ge­lagert ist und die von der Spritzgußhülle (26) mit um­schlossen ist.
8. Schaltvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse (11) eine an der Schalterfläche (4) anliegende Dichtung (13) aufweist.
9. Schaltvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse (11) an einer Haube (10) ausge­bildet ist, die den Schalter (2) seitlich und oben übergreift und von der Kunststoffspritzgußhülle (26) mit umschlossen ist.
10. Schaltvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzgußhüllenunterwand (32) mindestens doppelt so dick ist wie die übrigen Wandteile der Kunststoff­spritzgußhülle (26).
11. Schaltvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätiger (15) über eine bevorzugt gummielastische Membrane (19) abgedichtet ist, derem Umfangsrand (20) über einen Spritzgußrand (27) der Kunststoff­spritzgußhülle (26) an der Führungshülse (11) gasdicht festgelegt ist.
EP89122151A 1988-12-21 1989-11-30 Schaltvorrichtung Expired - Lifetime EP0374545B1 (de)

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EP0374545A3 EP0374545A3 (de) 1991-09-04
EP0374545B1 EP0374545B1 (de) 1995-03-08

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