DE19642403A1 - In eine Vergußmasse eingebettetes Schaltelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein in eine Vergußmasse zumindest teilweise eingebette­ tes Schaltelement mit einer Vergußwanne sowie ein Verfahren zur wasserdich­ ten Abdichtung des Schaltelementes, vorzugsweise des Anschlußbereichs von elektrischen Anschlußleitungen.

Das Abdichten von elektrischen Schaltelementen durch Vergießen mit wasser­ dichten Vergußmassen ist allgemein bekannt und findet vielseitig Verwen­ dung. Dabei werden nicht nur die gesamten Schaltkomponenten in einem Ge­ häuse vergossen, sondern auch sehr häufig nur die elektrischen Anschlußlei­ tungen im Bereich der Anschlußstifte. Zu diesem Zweck ist im Bereich der An­ schlußstifte eine Vergußwanne vorgesehen, die entweder einstückig oder auf­ setzbar ist und in herkömmlicher Weise von oben mit der Vergußmasse gefüllt wird, indem eine Dosiereinheit diese einfüllt. Während des Füllvorgangs wird die Dosiernadel derart geführt, daß der Füllvorgang vom Wannenboden aus möglichst gleichmäßig in Richtung Wannenrand erfolgt. Dazu werden sowohl Einkomponenten- als auch Zweikomponentenmaterialien, vorzugsweise in Form von dünnflüssigen Kunstharzen, verwendet, die nach dem Einfüllen aus­ härten bzw. unter Wärmeeinfluß ausgehärtet werden.

Dieses bekannte Vergießen mit nach oben offener oder teilweise offener Wanne ist mit wesentlichen Nachteilen verbunden. Beim Handbetrieb ist das Arbeits­ ergebnis stark von dem Geschick der Person abhängig, die die Dosiernadel führt. Jedoch treten die Nachteile nicht nur bei dem Handbetrieb, sondern auch bei mechanische geführten Dosiereinheiten auf, da zum Beispiel ein gleichmäßiges Verfüllen von unten nach oben von Leitungsanschlüssen oder Leitungen behindert wird. Durch das Füllen der nach oben offenen Verguß­ wanne ergeben sich selbst bei einem sorgfältig ausgeführten Füllvorgang Ver­ wirbelungen, die zu Hohlräumen führen können und ferner entstehen Luft­ blasen, so daß in der ausgehärteten Vergußmasse Lunker und Blasen zu Undichtigkeiten führen können. Auch ergeben sich immer wieder Schwierig­ keiten bei der genauen Dosierung der Füllmenge, so daß durch das ungleich­ mäßige Einfüllen Überstände sowohl an der Wanne als auch an Anschluß­ leitungen entstehen können, die eine teuere Nacharbeit auslösen, da diese Überstände entfernt bzw. abgeschabt werden müssen. Das hat zur Folge, daß der optische Eindruck des vergossenen Elementes nicht optimal ist und andererseits erhebliche Zusatzkosten entstehen können. Ein weiterer Nachteil besteht auch darin, daß sich die Taktzeit für das Vergießen nicht optimal einstellen läßt.

Für das Vergießen von Mikroschaltern ist die in Fig. 1 dargestellte einfache Vorrichtung üblich, in der mehrere Schalter 10 mit aufgesetzter oder ange­ formter Vergußwanne 11 in einer Halterung 12 nebeneinander angeordnet werden. Dabei ist ein Kabelbaum 15 bereits an Anschlußstiften 16 angelötet, so daß mit einer Dosiereinheit 17 die Dosiernadel 18 von Vergußwanne zu Ver­ gußwanne geführt wird, um die Wannen von unten nach oben mit der Verguß­ masse aufzufüllen.

Bei den herkömmlichen Methoden des Vergießens ist wegen der vorstehend aufgeführten Nachteile ein Teilautomatisierung oder Vollautomatisierung nicht möglich.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu schaffen, mit denen Schaltelemente entweder teilweise oder ganz in einem Gehäuse bzw. einer Vergußwanne vergossen werden können, wobei die Gehäuseteile derart gestaltet werden sollen, daß ein vollautomatisiertes Vergießen möglich ist und Lufteinschlüsse bzw. Luftblasen weitgehend vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem in einer Vergußmasse zumindest teilweise eingebetteten Schaltelement die Verguß­ wanne mit einer Füllbohrung versehen ist, welche im tiefsten Punkt der Vergußwanne angebracht ist, daß die Füllbohrung mit einer durch die ein­ zudosierende Vergußmasse aufsprengbaren Bodenhaut versehen ist, und daß die Vergußwanne an einer der Füllbohrung abgewandten Seite eine Meß­ öffnung hat.

Dabei kann die Vergußwanne das Schaltelement einstückig umgeben oder auf das Schaltelement in Form einer Kappe aufsetzbar sein, an welcher die Füll­ bohrung und die dieser gegenüberliegenden Meßöffnung sowie Kabelbaumöff­ nung angebracht sind.

Das Schaltelement besteht vorzugsweise aus einem Schalter, bei dem An­ schlußstifte in die Vergußwanne ragen und bei dem auch die die Anschlußstifte aufnehmenden Bohrungen ebenfalls mit bei der Stiftmontage sprengbaren Bodenhäuten versehen sind.

Die Füllbohrung wird in vorteilhafter Weise mit einem kegelförmig zur Boden­ mitte verlaufenden Sackloch ausgeführt, wobei die Bodenmitte als dünnwandi­ ge Bodenhaut ausgebildet ist.

Bei einer derartigen Ausgestaltung der Vergußwanne bzw. der Vergußkappe ergibt sich der Vorteil, daß die an die Füllbohrung dicht abschließend angesetz­ te Dosiernadel das Volumen der Vergußwanne bzw. Vergußkappe vom tiefsten Punkt aus auffüllt und von unten her bis zur Meßöffnung gleichförmig verfüllt. Vorzugsweise wird dabei dafür Sorge getragen, daß der Kabelbaum bzw. die Anschlußdrähte innerhalb des zu vergießenden Hohlraumes möglichst vertikal verlaufen, so daß sich die Vergußmasse beim Aufsteigen gleichmäßig verteilt und auch dadurch einer Blasenbildung entgegengewirkt wird.

Damit die Dosiernadel an die Füllbohrung dichtschließend angesetzt werden kann, ist der Durchmesser der Füllbohrung kleiner als der Außendurchmesser der Dosiernadel, welche vorzugsweise mit einer Kegelfläche in die Füllbohrung eingreift.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur wasserdichten Abdichtung von Schaltele­ menten bzw. zur Abdichtung des Anschlußbereichs von elektrischen Schaltele­ menten, insbesondere von Mikroschaltern, durch Vergießen einer am Sockelbe­ reich vorgesehenen, die Anschlüsse umgebenden Vergußwanne, bei welchem die Vergußmasse, vorzugsweise ein Ein- oder Zweikomponentenkunstharz, mit einer Dosiernadel in die Vergußwanne gefüllt wird, sieht vor, daß das Schalte­ lement in eine Halterung derart eingesetzt wird, daß eine an der Wandung der Vergußwanne angebrachte und mit einer Bodenhaut verschlossene Füllboh­ rung am tiefsten Bereich des Vergußvolumens angeordnet ist und daß die Do­ siernadel an die Füllbohrung angesetzt und die Vergußmasse unter Druck in die Vergußwanne gepreßt wird, wobei die Bodenhaut gesprengt wird.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß die Vergußwanne bis auf eine Meßöffnung von Teilen der Halterung bzw. durch eine kappenartige Ausbildung verschlossen wird.

Ferner ist vorgesehen, daß die Höhe des Spiegels der in der Vergußwanne auf­ steigenden Vergußmasse mit einem Laserstrahl durch die Meßöffnung abge­ tastet und damit der Füllstand kontrolliert und der Füllvorgang gesteuert wird.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfol­ genden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den An­ sprüchen und der Zeichnung. Es zeigen

Fig. 1 eine Füllvorrichtung nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine Füllvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens bei der Anwendung für einen Mikroschalter;

Fig. 3, 3 und 5 schematische Darstellungen drei aufeinanderfolgender Phasen des Füllvorganges.

In Fig. 2 ist in schematischer Darstellung ein Teil einer Vorrichtung zum auto­ matischen Vergießen des Anschlußbereichs eines Mikroschalters dargestellt. Diese Vorrichtung umfaßt eine Halterung 20 von vorzugsweise L-förmiger Form, welche an der senkrechten Wandung eine Dichtplatte 21 trägt, gegen welche die offene Seite der Vergußwanne 11 eines Mikroschalters 10 mit Hilfe eines Anpreßstempels 22 gedrückt wird. Bei der dargestellten Ausführungs­ form ist die Vergußwanne 11 einstückig mit dem Bodenteil des Schalterge­ häuses ausgeführt. In die Vergußwanne ragen Anschlußstifte 25, an welche ein Kabelbaum 26 angelötet ist. Dabei wird der Kabelbaum vorzugsweise derart geführt, daß er innerhalb der in der Halterung 20 fixierten Vergußwanne 11 vertikal verläuft und am oberen Ende aus der Gußwanne herausragt.

Die Vergußwanne hat in der Wandung am unteren Ende eine Füllbohrung 28, die etwa an der tiefsten Stelle des Vergußvolumens angebracht ist und ist in der oben liegenden Wandung mit einer Meßöffnung 29 versehen, auf welche ein in der Vorrichtung vorgesehener Laser 30 derart ausgerichtet ist, daß sein Laserstrahl 31 durch die Meßöffnung 29 in das Innere der Vergußwanne ein­ dringen kann. Die Ausrichtung des Laserstrahls ist derart, daß er etwa senk­ recht zum aufsteigenden Niveau der Vergußmasse wie nachfolgend erläutert verläuft.

Die Vorrichtung ist ferner mit einer Dosiereinheit versehen, die nicht darge­ stellt ist und deren Dosiernadel auf die Füllbohrung 28 aufgesetzt werden kann.

Aus Fig. 3 geht eine Ansicht auf die offene Seite der Vergußwanne im Teilschnitt durch die Füllbohrung 28 hervor. Diese Füllbohrung ist als Sack­ loch ausgeführt mit einem kegelförmig verlaufenden Bohrungsgrund, wobei dieser Bohrungsgrund im Bereich des Zentrums sehr dünn ist und eine Boden­ haut 27 bildet, die die Füllbohrung 28 verschlossen hält. Ferner ist aus der Darstellung entnehmbar, daß die mit den Anschlußstiften 25 verlöteten Litzen des Kabelbaumes 26 nach oben auf der Vergußwanne 11 herausragen. Die Meßöffnung, welche aus der Darstellung nicht hervorgeht, befindet sich vor dem Kabelbaum 26.

Zum Vergießen wird die Dosiernadel 35 mit einer kegelig verlaufenden Spitze gegen eine Abdichtkante 36 der Füllbohrung 28 gepreßt und, wie aus Fig. 4 hervorgeht, die Vergußmasse 37 in die Vergußwanne 11 gedrückt. Dabei zerreißt die Bodenhaut 27, so daß die Vergußmasse von unten in den Hohl­ raum der Vergußwanne 11 langsam gepreßt werden kann und unter Verdrän­ gung der Luft durch die nicht dargestellte Meßöffnung von unten her an dem Kabelbaum nach oben aufsteigt, wodurch die verdrängte Luft nach oben leicht entweichen kann und die Vergußwanne 11 ohne Lufteinschlüsse oder Luftbla­ sen innerhalb der Vergußmasse verfüllt werden kann. Die lufteinschlußfreie Verfüllung ist aufgrund der Tatsache gewährleistet, daß eine dünnflüssige Vergußmasse über die Dosiernadel zugeführt wird.

Der durch die Meßöffnung 29 gemäß Fig. 2 in die Vergußwanne eindringende Laserstrahl 31 tastet während des Vergießens kontinuierlich den Flüssigkeits­ stand ab, indem der Abstand zur Oberfläche der Vergußmasse kontinuierlich ausgemessen wird. Mit Hilfe dieser Meßergebnisse wird der Füllvorgang gesteuert und abgebrochen, sobald das Flüssigkeitsniveau die am höchsten Punkt liegende Meßöffnung erreicht bzw. ausfüllt. Dieses Niveau liegt in der Regel im Bereich der Höhe des Austritts des Kabelbaumes 26 aus der Verguß­ wanne 11.

Nach dem Erreichen des vorgegebenen Pegels in Höhe des Kabelbaumaustritts schaltet die Dosiereinheit die Förderung der flüssigen Vergußmasse 37 ab, so daß sich aufgrund der Druckentlastung und des statischen Drucks der noch flüssigen Vergußmasse in der Vergußwanne die Bodenhaut schließt, so daß aus der Füllbohrung 28 keine Vergußmasse austreten kann. Dieses Schließen der Füllbohrung wird durch die kegelförmige Ausbildung des Bohrgrundes begün­ stigt, da sich beim Einpressen der Vergußmasse in der aufgesprengten Boden­ haut durch die Materialelastizität eine Rückstellkraft ergibt.

Durch die Maßnahmen der Erfindung kann eine teilautomatische oder voll­ automatische Verfüllung von Schaltelementen bzw. von Bereichen derartiger Schaltelemente erfolgen, wobei die Verfüllung aufgrund der Abtastung des Flüssigkeitsspiegels mit Hilfe des Laserstrahls sehr exakt und genau gesteu­ ert werden kann. Dadurch lassen sich kürzere Taktzeiten einstellen und eine gleichmäßige Einbringung der Vergußmasse in die Vergußwanne sicherstellen, ohne daß Überstände entstehen, die durch teuere Nacharbeit abgeschabt bzw. entfernt werden müssen. Außerdem ist eine Verfüllung ohne durch Verwir­ belungen entstehende Blasenbildung bzw. durch entstehende Lunker gewähr­ leistet.

Claims (10)

1. In eine Vergußmasse zumindest teilweise eingebettetes Schalte­ lement in einer Vergußwanne, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vergußwanne (11) mit einer Füllbohrung (28) versehen ist,
daß die Füllbohrung (28) mit einer durch eine einzudosierende Vergußmasse (37) aufsprengbaren Bodenhaut (27) versehen ist und
daß die Vergußwanne (11) an einer der Füllbohrung (28) abgewandten Seite eine Meßöffnung (29) hat.

2. Schaltelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergußwanne (11) mit dem Schaltelement (10) einstückig ausgebildet ist.

3. Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergußwanne (11) eine auf das Schaltelement (10) aufsetzbare Kappe hat, an welcher die Füllbohrung (28) und die dieser gegenüberliegenden Meß­ öffnung (27) sowie Kabelbaumöffnung angebracht sind.

4. Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Schaltelement (10) ein Schalter ist, bei dem Anschlußstifte (16) in die Vergußwanne (11) ragen, und
daß die die Anschlußstifte aufnehmenden Bohrungen im Gehäuse ebenfalls mit bei der Stiftmontage aufsprengbaren Bodenhäuten versehen sind.

5. Schaltelemente nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllbohrung (28) als Sackbohrung kegelförmig zur Bodenmitte verläuft, welche die Bodenhaut (27) bildet.

6. Schaltelemente nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Füllbohrung (28) kleiner als der Außendurchmesser der Dosiernadel (35) ist.

7. Schaltelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiernadel (35) mit einer Kegelspitze in die Füllbohrung (28) abdichtend eingreift.

8. Verfahren zur wasserdichten Abdichtung von Schaltelementen bzw. des Anschlußbereiches von elektrischen Schaltelementen, insbesondere von Mikroschaltern, durch Vergießen einer am Sockelbereich vorgesehenen, die Anschlüsse aufnehmenden Vergußwanne, bei welchem die Vergußmasse (vorzugsweise ein Ein- oder Zweikomponentenkunstharz) mit einer Dosier­ nadel in die Vergußwanne gefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement in eine Halterung (20) derart eingesetzt wird, daß eine an der Wandung der Vergußmasse (11) angebrachte und mit einer Bodenhaut (27) versehene Füllbohrung (28) am tiefsten Bereich des Vergußvolumens angeordnet ist und daß die Dosiernadel (35) an die Füllbohrung (28) angesetzt und die Vergußmasse (37) durch Druck in die Vergußwanne (11) gepreßt wird, wobei die Bodenhaut (27) gesprengt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergußwanne (11) bis auf eine Meßöffnung (29) von Teilen der Hal­ terung bzw. durch eine kappenartige Ausbildung der Vergußwanne ver­ schlossen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Spiegels der in der Vergußwanne aufsteigenden Vergußmasse (37) mit einem Laserstrahl (31) durch die Meßöffnung (29) abgetastet und der Füllstand kontrolliert sowie der Füllvorgang gesteuert wird.