DE19819287A1

DE19819287A1 - Elektrisches Bauteil

Info

Publication number: DE19819287A1
Application number: DE19819287A
Authority: DE
Inventors: Erik Miersch
Original assignee: Leonische Drahtwerke AG
Current assignee: Leoni AG
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1998-04-30
Publication date: 1998-11-05

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauteil mit Bedienelementen, wie beispiels weise Tastenelemente und/oder Displayelemente. Ein solches elektrisches Bauteil kann z. B. ein Taschenrechner, eine Steuereinheit für eine Fernsteuerung o. dgl. sein. Derartige Geräte bzw. Bauteile weisen in der Regel ein zweischaliges Ge häuse auf, wobei eine Wasserdichtigkeit dadurch erreicht wird, daß zwischen bei de Gehäusehälften eine Dichtung aus einem geeigneten Elastomermaterial einge legt wird. Ein solches elektrisches Bauteil ist in DE 196 24 101 A1 beschrieben. Neben einem erhöhtem Montageaufwand für solche Gehäuse besteht ein weiterer Nachteil darin, daß die Elastomerdichtung durch falsches Einlegen bei der Monta ge oder durch Veränderung ihrer elastischen Eigenschaft während der Ge brauchsdauer ihre Funktion nicht bzw. nicht mehr erfüllt, so daß Feuchtigkeit in das Gehäuse eindringen kann.

Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein auf einfache Weise her stellbares wasserdichtes Bauteil sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung vorzu schlagen.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Bauteils durch Anspruch 1 sowie hinsichtlich des Verfahrens durch Anspruch 15 gelöst.

Ein erfindungsgemäßes Bauteil umfaßt nach Anspruch 1 ein Gehäuse mit wenig stens einem Bedienelemente, etwa Tastenelemente und/oder Displayelemente, aufweisenden Bedienfeld und eine Leiterplatte als Träger der Bedienelemente. Das Bedienfeld wird im wesentlichen durch eine Frontplatte gebildet. Die Leiter platte und die Frontplatte sind im wesentlichen parallel und so angeordnet, daß sie sich zumindest teilweise überdecken. Zwischen den Platten ist ein Raum vor handen, in dem die Bedienelemente, zumindest ein Teil davon angeordnet sind. Der die Bedienelemente beinhaltende Raum ist von einem ringförmig geschlosse nen Dichtrahmen begrenzt, der dichtend sowohl an der Frontplatte als auch an der Leiterplatte anliegt. Frontplatte, Leiterplatte und Dichtrahmen sind unter Frei lassung des Bedienfeldes mit einem ein einstückiges Gehäuse bildenden Kunst stoffmaterial umspritzt oder umgossen. Ein solches elektrisches Bauteil weist kei ne durch mechanisches Zusammenfügen von Gehäusehälften entstandenen Trennfugen auf, die durch eine separate Dichtung gegen das Eindringen von Wasser abgedichtet werden müssen. Das Gehäuse ist vielmehr ein integrales Kunststoffgehäuse, in dem die Frontplatte und die Leiterplatte hermetisch dicht eingebettet sind. Der Dichtrahmen verhindert das Eindringen von Kunststoffmate rial in jenen Bereich der Leiterplatte, in dem die Bedienelemente angeordnet sind. Er kann außerdem als Abstandshalter zwischen der Frontplatte und der Leiterplat te dienen.

Für die Ausgestaltung bzw. Anordnung des Dichtrahmens ergeben sich unter schiedliche Möglichkeiten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach An spruch 2 ist der Dichtrahmen zwischen der Frontplatte und der Leiterplatte ange ordnet und liegt dichtend an den einander zugewandten Seiten der genannten Platten an. Bei einer solchen Ausgestaltung hat der Dichtrahmen neben seiner Dichtfunktion auch die Funktion eines Abstandshalters. Zusätzlich können aber innerhalb des vom Dichtrahmen umschlossenen Raumes weitere Abstandshalter vorgesehen sein, falls dies zur Abstützung der Frontplatte erforderlich ist. Bei ei ner weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Dichtrah men die Frontplatte und die Leiterplatte von deren Rand her (Anspruch 3). Er liegt dabei dichtend an den einander abgewandten Seiten der genannten Platten an. Bei dieser Ausgestaltung ist es zweckmäßig, wenn zwischen der Frontplatte und der Leiterplatte wenigstens ein Abstandshalter angeordnet ist. Zumindest im Randbereich der Frontplatte und der Leiterplatte kann auf einen Abstandshalter verzichtet werden, wenn die Platten mit ihren Randbereichen jeweils in einer Auf nahmenut in der Innenseite des Dichtrahmens einliegen (Anspruch 4).

Die Frontplatte kann gemäß Anspruch 5 ein durchsichtiges Displayfeld aufweisen, das dann über einem entsprechenden Displayelement auf der Leiterplatte ange ordnet ist, so daß dieses von außen sichtbar ist. Die Frontplatte kann eine Folie sein, also ein elastisches Bauteil, so daß sich darunter befindliche Tastenelemen te über die flexible Folie betätigen lassen (Anspruch 6). Bei einer anderen Ausge staltung eines erfindungsgemäßen elektrischen Bauteiles weist die Frontplatte wenigstens einen Durchbruch auf. In einen solchen Durchbruch kann beispiels weise ein Displayelement oder ein Tastenelement hineinragen, wie dies etwa bei Taschenrechnern oder ähnlichen Geräten der Fall ist (Anspruch 7). Der Dichtrah men ist, wie in Anspruch 5 angegeben, vorzugsweise mit der Frontplatte und/oder mit der Leiterplatte verbindbar, wodurch deren gegenseitige Relativlage fixierbar ist. Die Handhabung bei der Herstellung eines Bauteiles ist damit erleichtert. Die Verbindung zwischen der Frontplatte und dem Dichtrahmen einerseits und zwi schen der Leiterplatte und dem Dichtrahmen andererseits kann beispielsweise durch Verkleben, durch eine Verrastung oder durch eine Schnapp-Verbindung erfolgen. Der Dichtrahmen kann auch einstückig mit der Frontplatte und/oder der Leiterplatte verbunden sein (Ansprüche 8-10). In letzterem Falle ist die erforderli che Teilezahl verringert, was die Montage vereinfacht.

Insbesondere bei Frontplatten, die in Form von Folien ausgebildet sind, kann es zweckmäßig sein, wenn zwischen der Frontplatte und der Leiterplatte Abstandse lemente gemäß Anspruch 11 angeordnet sind, die ein ungewolltes Eindrücken der Folie bzw. der Frontplatte verhindern. Wenn die Stützelemente einstückig mit dem Dichtrahmen verbunden sind, etwa über entsprechende Stege o. dgl., ist die Montage eines erfindungsgemäßen Bauteiles erleichtert (Anspruch 12). Das Ge häuse besteht vorzugsweise aus einem Polyurethan-Material, etwa aus einem PU-Integralschaum.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bau teiles der geschilderten Art werden zunächst die Frontplatte, die Leiterplatte und der Dichtrahmen in dem Formhohlraum eines Formwerkzeuges mit allseitigem Abstand zu dessen Formwänden angeordnet. Die genannten Bauteile sind vor zugsweise zu einem Sandwichelement miteinander verbunden, so daß sie in die sem Vormontagezustand bevorratet und gehandhabt werden, ohne daß die Ge fahr einer falschen Relativlage der genannten Teile zueinander, insbesondere bei der Handhabung mit einem Roboter, zu besorgen ist. Der sich zwischen dem Sandwichelement und den Formwänden befindende Formhohlraum wird mit er härtbaren Kunststoff unter Freihaltung des Bedienfeldes gefüllt. Das Bedienfeld kann etwa durch einen Formkern oder durch eine entsprechende Wandgestaltung der dem Bedienfeld gegenüberliegenden Formwandung erreicht werden. Der Dichtrahmen verhindert, daß das Kunststoffmaterial bzw. allgemein eine Mould-Masse in den Funktionsbereich der Bedienelemente eindringen und dort deren Funktion behindern kann. Bei sehr dünnflüssigem Material kann es zweckmäßig sein, wenn der Dichtrahmen mit der Frontplatte einerseits und der Leiterplatte an dererseits verklebt ist. Vorzugsweise wird als Mould-Masse ein Zweikomponen ten-Kunststoff, insbesondere ein Polyurethan-Integralschaum verwendet. Es kön nen aber auch andere Kunststoffe, etwa mit einem Spritzgießverfahren in den Formhohlraum eingebrachte thermoplastische Kunststoffe verwendet werden.

Die Erfindung wird nun anhand der in den beigefügten Zeichnungen dargestellen Ausführungsbeispiele näher erläutert:

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Bauteils,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung gemäß Fig. 2, bei der der Dichtrahmen einstückig mit der Frontplatte verbunden ist,

Fig. 4 eine Abbildung entsprechend Fig. 2, bei der die Frontplatte mit dem sich daran anschließenden Gehäuserandbereich fluchtet,

Fig. 5 einen Dichtrahmen mit angeformten Abstandselementen,

Fig. 6 ein in dem Formhohlraum eines Formwerkzeuges einliegendes Sand wichelement,

Fig. 7 einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform eines elektrischen Bauteiles in schematisierter Querschnittsdarstellung, und

Fig. 8 einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform in einer Darstellung gemäß Fig. 7.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bau teiles 1 weist ein Kunststoffgehäuse 2 mit einem Bedienfeld 3 auf. Das Bedienfeld wird von einer Frontplatte 4 mit Durchbrechungen 5 gebildet. Eine Durchbre chung 5a ist von einem Displayelement 6 ausgefüllt. Die Oberfläche des Display elementes 6 verläuft einebig zur Oberfläche der Frontplatte 4. Durch die anderen Durchbrechungen 5b ragt jeweils die Taste 7 eines Tastenelements 8 (Fig. 2) nach außen. Die Tasten 7 stehen erhaben aus der Frontplatte 4 hervor und bestehen vorzugsweise aus einem elastischen Kunststoffmaterial. Aus einer Seitenfläche 9 des Bauteils 1 ragt ein elektrisches Anschlußelement 11 heraus.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist im Gehäuse 2 auch eine Leiterplatte 10 vorhan den, die parallel und mit Abstand zur Frontplatte 4 angeordnet ist. Auf der Leiter platte 10 sind Funktionsbauteile 12, etwa Widerstände, Kondensatoren o. dgl. fi xiert zwischen der Frontplatte 4 und der Leiterplatte 10 ist ein ringförmig ge schlossener Dichtrahmen 13 angeordnet, der die Funktionselemente und die Be dienelemente, nämlich die Tastenelemente 8 und das Displayelement 6 umgibt und dichtend an den einander zugewandten Seiten der Leiter- und Frontplatte anliegt. Der Dichtrahmen ist so bemessen bzw. angeordnet, daß er den Rand der Leiterplatte 10 seitlich überragt, wobei der überragende Bereich des Dichtrah mens die Kantenfläche 14 der Leiterplatte 10 zumindest teilweise überdeckt. Auf diese Weise entsteht eine Hinterschneidung 15 (Fig. 2 rechts), wodurch eine zu sätzliche Dichtwirkung erreicht und ein Eindringen von flüssigem Kunststoff material in den Funktionsbereich der Bedienelemente beim Herstellungsvorgang verhindert ist. Auf der der Frontplatte 4 abgewandten Unterseite der Leiter platte 10 ist ein Hilfsrahmen 16 angeordnet, der insbesondere als Gegenlage für einen Niederhalter 17 eines Formwerkzeugs 18 (Fig. 6) dient. Ein solcher Hilfsrah men ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Frontplatte 4a eine durchbrechungsfreie Folie, die einen durchsichtigen Bereich 19 (Fig. 6) aufweist. Dieser Bereich 19 ist oberhalb eines auf der Leiterplatte 10 fixierten Displayele mentes 6a angeordnet. Im Bereich der Tastenelemente 8 weist die nach Art einer Folie ausgebildete Frontplatte 4a noppenförmige Aufwölbungen 20 auf. Das sich darunter befindliche Tastenelement 8 ist durch Fingerdruck auf die Aufwölbung 20 betätigbar. Der Dichtrahmen 13 ist einstückig mit der Frontplatte 4a verbunden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 weist die Frontplatte 4 eine randstän dige, umlaufende Stufe 22 auf, die im Kunststoffmaterial des Gehäuses 2 einge bettet ist. Bei einem solchen Bauteil fluchtet die Oberfläche der Frontplatte 4b mit dem Randbereich 23 des Gehäuses 2. Um ein Durchbiegen, insbesondere einer folienartigen Frontplatte 4 in den sich zwischen den Bedienelementen angeord neten Bereichen zu verhindern, sind dort Abstandselemente 21 angeordnet, die sich einerseits an der Leiterplatte 10 und andererseits an der Frontplatte 4 abstüt zen. Die Abstandselemente sind vorzugsweise einstückig mit dem Dichtrah men 13 verbunden (Fig. 5). Der in Fig. 5 dargestellte Dichtrahmen weist eine von der rechteckigen Grundrißform der Leiterplatte bzw. der Frontplatte abweichende Umrißform auf. Eine solche Ausgestaltung ist zweckmäßig, wenn ein Teil des sich zwischen Leiterplatte und Frontplatte befindlichen Raumes beim Herstellen des Gehäuses durch Umspritzen oder Umgießen mit einem Kunststoffmaterial gefüllt werden soll.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauteiles wird ein aus Leiterplatte 10, Dichtrahmen 13 und Frontplatte 4 bestehendes Sandwichelement 24 im Form hohlraum 25 eines Formwerkzeuges 18, wie in Fig. 6 dargestellt, angeordnet. Das Sandwichelement 24 stützt sich unter Zwischenlage des Hilfsrahmens 16 auf mehreren Niederhaltern 17 ab. Die Niederhalter 17 bedingen die Löcher 26 auf der dem Bedienfeld 3 abgewandten Seite des Gehäuses 2. Im Bereich des Be dienfeldes 3 liegt die entsprechende Formwandung 27 des Formwerkzeuges 18 auf der Frontplatte 4 auf. Sie weist ggf. ein zur Frontplatte komplementäres Nega tivrelief auf. Die Einzelteile des Sandwichelementes 24 sind durch Verkleben, durch eine Schnapp- oder Rastverbindung aneinander fixiert. Dadurch ist gewähr leistet, daß sich die Einzelteile des Sandwichelementes 24 beim Aushärten des Kunststoffes bzw. beim Einspritzen einer heißen Kunststoffschmelze unter Druck gegenseitig nicht verschieben. Der Kunststoff bzw. entsprechende Ausgangsma terialen werden über einen Angußkanal 28 in den Formhohlraum 25 eingebracht.

In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Dichtrahmen 13a die Frontplatte 4 und die Leiterplatte 10 von deren Rand her umfaßt. Der Dichtrah men 13a ist im Querschnitt etwa U-förmig, wobei die Innenseite 29 der U-Schenkel 30 dichtend an den einander abgewandten Seiten, also an der Obersei te 31 der Frontplatte 4 und an der Unterseite 32 der Leiterplatte 10 dichtend an liegt. Der Dichtrahmen 13a kann so bemessen sein, daß im Vormontagezustand die Frontplatte 4 und die Leiterplatte 10 kraftschlüssig im Dichtrahmen einge klemmt sind. Die genannten Platten können aber auch mit dem Dichtrahmen 13a beispielsweise durch eine Klebung verbunden sein. Wo es erforderlich ist, kann zwischen der Frontplatte 4 und der Leiterplatte 10 ein Abstandselement 21a an geordnet sein. Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel sind im Dichtrahmen 13b zwei Aufnahmenuten 33 vorhanden, die sich von der Innensei te 34 des Dichtrahmens 13b radial wegerstrecken. In den Aufnahmenuten 33 lie gen die Frontplatte 4 und die Leiterplatte 10 jeweils mit ihren Randbereichen ein. Zumindest im Randbereich der genannten Platten kann bei dieser Ausgestaltung auf ein Abstandselement verzichtet werden. Sowohl bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 als auch bei jenem nach Fig. 8 wird das Kunststoffmaterial des Ge häuses derart um das aus Dichtrahmen 13, Frontplatte 4 und Leiterplatte 10 be stehende Sandwichelement herumgespritzt, daß der Randbereich 35 des Bedien feldes 3 von dem umspritzten bzw. umgossenen Kunststoffmaterial gebildet wird. Damit ist gewährleistet, daß zwischen Frontplatte 4 und Gehäuse 2 eine hermeti sche Abdichtung erreicht wird.

Bezugszeichenliste

1

Elektrisches Bauteil,

2

Gehäuse

3

Bedienfeld

4

Frontplatte

5

Durchbruch

6

Displayelement

7

Taste

8

Tastenelement

9

Seite

10

Leiterplatte

11

Anschlußelement

12

Funktionsbauteil

13

Dichtrahmen

14

Kantenfläche

15

Hinterschneidung

16

Hilfsrahmen

17

Niederhalter

18

Formwerkzeug

19

Bereich

20

Aufwölbung

21

Abstandselement

22

Stufe

23

Randbereich

24

Sandwichelement

25

Formhohlraum

26

Loch

27

Formwandung

28

Angußkanal

29

Innenseite

30

U-Schenkel

31

Oberseite

32

Unterseite

33

Aufnahmenut

34

Innenseite

Claims

1. Elektrisches Bauteil mit einem Gehäuse (2) mit wenigstens einem Bedien elemente wie Tastenelemente (8) oder Displayelemente (6) aufweisenden, von einer Frontplatte (4) gebildeten Bedienfeld (3) und wenigstens einer Lei terplatte (10) als Träger der Bedienelemente, wobei Leiterplatte und Frontplat te im wesentlichen parallel und mit Abstand zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest der die Bedienelemente beinhaltende Raum zwischen Front- und Leiterplatte von einem ringförmig geschlossenen Dichtrahmen (13) um grenzt ist, der dichtend sowohl an der Frontplatte als auch an der Leiterplatte anliegt,
und daß Frontplatte, Leiterplatte und Dichtrahmen unter Freilassung des Be dienfeldes mit einem ein einstückiges Gehäuse (2) bildenden Kunststoff um spritzt oder umgossen sind.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtrahmen (13) zwischen der Frontplatte (4) und der Leiterplatte (10) angeordnet ist und dichtend an deren einander zugewandten Seiten an liegt.

3. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtrahmen die Frontplatte (4) und die Leiterplatte (10) von deren Rand her umfaßt und an deren einander abgewandten Seiten dichtend an liegt.

4. Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontplatte (4) und/oder die Leiterplatte mit ihren Randbereichen je weils in einer Aufnahmenut in der Innenseite des Dichtrahmens einliegen.

5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontplatte (4a) wenigstens einen durchsichtigen und ein Displayfeld bildenden Bereich (19) aufweist.

6. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontplatte (4) eine Folie ist.

7. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontplatte (4) wenigstens einen von einem Bedienelement durchgrif fenen Durchbruch (5) aufweist.

8. Bauteil nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtrahmen 13 mit der Frontplatte (4) und/oder mit der Leiterplat te (10) verbunden ist.

9. Bauteil nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Verklebung, eine Rast- oder eine Schnappverbindung zwischen Leiter platte (10) bzw. Frontplatte (4) und Dichtrahmen (13).

10. Bauteil nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtrahmen (13) einstückig mit der Frontplatte oder der Leiterplat te (10) verbunden ist.

11. Bauteil nach einem der Ansprüche 1-10, gekennzeichnet durch zwischen der Leiterplatte (10) und der Frontplatte (4) angeordnete Abstandse lemente (21).

12. Bauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandselemente (21) einstückig mit dem Dichtrahmen (13) verbun den sind.

13. Bauteil nach einem der Ansprüche 1-12, gekennzeichnet durch ein durch das Gehäuse (2) nach außen geführtes Anschlußelement (11).

14. Bauteil nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) durch Umgießen der Leiterplatte (10), der Frontplatte (4) und des Dichtrahmens (13) mit einem Zwei-Komponenten-Kunststoff, insbe sondere mit Polyurethan gebildet ist.

15. Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauteiles nach einem der An sprüche 1-14, mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Positionieren der Frontplatte (4), der Leiterplatte (10) und des Dichtrah mens (13) in einer Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 in dem Formhohlraum (25) eines Formwerkzeuges (18),
b) Herstellung eines einstückigen Gehäuses (2) durch Füllen des Formhohl raumes (25) mit einem erhärtbaren Kunststoff unter Freihaltung des Bedien feldes (3),
c) Entnahme des fertigen Bauteils (1) nach dem Aushärten des Kunststoffes.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraum (25) mit den Ausgangskomponenten eines Zwei- Komponenten-Kunststoffes gefüllt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff ein schäumendes Polyurethan verwendet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraum (25) im Spritzgußverfahren mit einer thermoplasti schen Kunststoffschmelze gefüllt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15-18, dadurch gekennzeichnet, daß Leiterplatte (10), Frontplatte (4) und Dichtrahmen (13) vor dem Anordnen im Formhohlraum (25) zu einem Sandwichelement (24) miteinander verbun den werden.