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Verfahren zum Einkapseln eines elektrischen Bauelementes Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Einkapseln eines elektrischen Bauelementes, bei welchem
das Bauelement zunächst in einen vorzugsweise rohrförmigen und aus einem thermoplastischen
Kunststoff bestehenden Einsatz aus einem Isoliermaterial und daraufhin mit dem Einsatz
in eine Gieß- oder Spritzform eingebracht wird, aus der lediglich die Anschlußteile
des Bauelementes herausragen, worauf ein thermoplastisches Isoliermaterial in die
Form eingespritzt bzw. eingegossen wird, welches sich mit dem Material des Einsatzes
verbindet und gemeinsam mit diesem die Einkapselung bildet.
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Für das richtige Einkapseln elektrischer Bauelemente ist es wichtig,
daß das die Einkapselung bildende Isoliermaterial um das ganze Bauelement herum
mit einer ausreichenden Wandstärke und dicht zusammenhängend angebracht wird. Hierzu
ist nicht nur erforderlich, daß das Bauelement durch einen üblichen, z. B. rohrförmigen
Einsatz im erforderlichen Abstand von den Seitenwänden der Form gehalten wird, sondern
auch, daß ein axiales Verschieben des Zubehörteiles im Einsatz ausgeschlossen wird.
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Zum geeigneten Einkapseln elektrischer Bauelemente ist neben zahlreichen
umständlicheren, z. B. zweistufigen und weiteren, jeweils an eine ganz bestimmte
Formgebung der Bauelemente gebundenen Verfahren auch schon ein eingangs genanntes
Verfahren bekanntgeworden, bei dem der Einsatz aus einem zylindrischen, im Querschnitt
ringförmig geschlossenen Rohrstück besteht und die richtige Einstellung der axialen
Lage des in dieses Rohrstück mit radialem Spiel eingesetzten Bauelementes über die
aus dem Rohrstück radial nach außen abgewinkelten Kontaktdrähte gesichert wird.
Dabei werden für die äußere Führung der Kontaktdrähte noch besondere kegelförmige
Zentrierdübel benötigt, von denen an jeder Form vier vorhanden sein müssen. überdies
bedingt die Aufnahme des Bauelementes in dem das ganze Bauelement umschließenden
Rohrstück, daß die Isoliermasse von den beiden Enden des Rohrstückes her in die
Form und das Rohrstück eingespritzt bzw. eingegossen werden muß. Dies ist nicht
nur umständlich, sondern bringt auch die Gefahr mit sich, daß im Rohrstück Lufteinschlüsse
verbleiben, die die Festigkeits- und Isolationseigenschaften des fertigen Bauelementes
beeinträchtigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Mängel
zu vermeiden und das eingangs genannte Einkapselungsverfahren im Sinne einer besonders
zuverlässigen und doch einfachen Gewährleistung des richtigen Abstandes des Bauelementes
von der Gieß- oder Spritzform zu vervollkommnen.
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Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als
Einsatz ein längsgeschlitztes, elastisch verformbares Rohrstück mit einer gegenüber
dem Bauelement etwas kleineren lichten Weite verwendet wird, in das nach entsprechendem
Rufweiten das Bauelement eingebracht und an einer gewünschten axialen Stelle eingeklemmt
wird, bevor es mit dem Einsatz zum Umkapseln in die Gieß- bzw. Spritzform eingesetzt
wird.
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Mit einem solchen Verfahren ist in besonders einfacher Weise erzielt,
daß .das einmal in den Einsatz eingebrachte Bauelement darin in der ihm ursprünglich
gegebenen Lage festgehalten bleibt, bis es in dieser Lage vom eingespritzten thermoplastischen
Kunststoff eingekapselt ist. Dies ist nicht nur in der Anordnung und Ausführung
des Verfahrens denkbar einfach, sondern das Einkapseln läßt sich auch schneller
und billiger durchführen als bei den früher üblichen Verfahren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Rohrstück
mit dem Bauelement so in die Form eingelegt, daß es mit seinem Schlitz vor der Einspritz-
bzw. Eingießöffnung liegt.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden mehrere Bauelemente
in ein entsprechend langgestrecktes Rohrstück mit Abstand aneinander
anschließend
eingeklemmt und daraufhin mit dem Rohrstück in eine entsprechende lange Form eingesetzt
und eingekapselt, wobei von den Bauelementen ausgehende Anschlußteile durch den
Schlitz des Rohrstückes nach außen ragen, worauf die anschließend mittels des Spritz-
bzw. Gießmaterials hergestellte Stange zwischen den einzelnen Bauelementen durchschnitten
wird. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache und schnelle Einkapselung mehrerer
gleicher Bauelemente.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Anschlußdrähte
des z. B. als Kondensator oder Widerstand ausgebildeten elektrischen Bauelementes
beim Einklemmen in das Rohrstück in Längsnuten des Rohrstückes eingefügt werden,
was z. B. dann vorteilhaft ist, wenn die beiden vom Bauelement gegenüberliegend
ausgehenden Anschlußdrähte von ein und derselben Stirnseite des fertigen Bauelementes
aus verdrahtet, z. B. an eine gedruckte Schaltung angeschlossen werden sollen.
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Nach einer wiederum anderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Schlitzbreite
und die Elastizität eines den Einsatz zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens
bildenden Rohrstückes so gewählt, daß nach entsprechender Aufweitung das Bauelement
seitlich in das Rohrstück eingesetzt werden kann.
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Gemäß einem früheren, gegenüber der vorliegenden Erfindung jedoch
nicht vorbekannten Vorschlag ist bereits ein als Einsatz verwendetes längsgeschlitztes
Rohr vorgesehen, das entlang einer Längskante des Schlitzes auch eine tiefe Nut
zur Aufnahme eines Anschlußdrahtes aufweisen kann, in die dieser eingelegt wird,
wenn beide Anschlußdrähte von ein und derselben Stirnseite des Bauelementes aus
verdrahtet werden sollen. Bei diesem älteren Vorschlag wird das Bauelement jedoch
mit Spiel im Einsatz aufgenommen und muß dementsprechend durch zusätzliche Mittel
axial in seiner Lage in dem Einsatz gehalten werden; nach der vorliegenden Erfindung
hingegen wird von einem solchen, gegebenenfalls mit Längsnut versehenen Rohr zum
festen Einklemmen des Bauelementes ohne Spiel Gebrauch gemacht, und es bedarf dabei
keiner zusätzlichen Mittel zu seiner axialen Halterung.
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In den Zeichnungen zeigen beispielsweise F i g. 1, 2 und 3 elektrische
Kondensatoren mit jeweils einer anderen Anordnung der Kontaktdrähte, auf die die
Erfindung anwendbar ist, F i g. 4 eine Ausführungsform eines für jeden der in den
F i g. 1 bis 3 dargestellten Kondensatoren geeigneten Abstandshalters, F i g. 5
einen Kondensator der in F i g. 1 dargestellten Art, der in einen solchen isolierenden
Abstandshalter eingesetzt ist, F i g. 6 die in F i g. 5 dargestellte Anordnung in
einer Spritzform, F i g. 7 einen Schnitt nach der Linie 7-7 der F i g. 6, F i g.
8 eine abgewandelte Ausführungsform des Abstandshalters, die dazu dient, gleichzeitig
eine größere Anzahl von Kondensatoren der in F i g. 1 gezeigten Art einzukapseln,
und F i g. 9 eine besondere Ausführungsform des Abstandshalters zur Herstellung
eines eingekapselten Kondensators, bei dem die Kontakte ähnlich wie in F i g. 3
dargestellt und unterschiedlich von den Zubehörteilen nach den F i g. 1 und 2 angeordnet
sind. Bei den meisten Kondensatoren der beschriebenen Art sind die Kontakte vorzugsweise
an den einander gegenüberliegenden Stirnenden des gewickelten Kondensators so an
die Kondensatorelektroden angeschlossen, daß sie entweder axial oder radial zu der
Wicklungsachse verlaufen. In F i g. 1 ist ein Kondensator A mit je einem an einem
seiner gegenüberliegenden Enden radial vorstehenden Kontakt A1 gezeigt, während
in F i g. 2 ein Kondensator A dargestellt ist, aus dem an jedem Stirnende je ein
Kontakt A2 axial herausragt. Manchmal jedoch, z. B. bei Kondensatoren für gedruckte
Schaltungen, können die Kontakte A3 beide an ein und demselben Stirnende des Kondensators
A so angeordnet werden, daß sie parallel zur Kondensatorachse verlaufen (vgl. F
i g. 3).
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Bei der einen Ausführungsform des Verfahrens, die der Einfachheit
halber für das Einkapseln eines Kondensators A gemäß F i g. 1 beschrieben ist, jedoch
auch bei Kondensatoren mit anders angeordneten Kontakten angewendet werden kann,
wird der Kondensator in ein geschlitztes Rohrstück B eingesetzt (das in F i g. 4
für sich und in F i g. 5 zusammen mit dem Zubehörteil dargestellt ist), wobei ein
solches geschlitztes Rohrstück B beispielsweise dadurch hergestellt wird, daß ein
vollständiges Rohrstück geformt oder gegossen wird, dessen Wandung dann über seine
gesamte Länge aufgeschnitten wird, so daß ein schmaler Schlitz BI entsteht. Das
geschlitzte Rohrstück B besitzt einen solchen Durchmesser, daß das Rohrstück zum
Einsetzen des Kondensators A zunächst um ein begrenztes Maß geöffnet oder aufgebogen
werden muß, wobei die Kontakte A1 seitlich aus dem aufgebogenen Schlitz Bi herausragen.
So umgreift also das geschlitzte Rohrstück B den Kondensator A nach dem Einsetzen
elastisch und nimmt danach nur teilweise seine ursprüngliche Form wieder an. Das
geschlitzte Rohrstück B besteht vorzugsweise aus einem isolierenden, thermoplastischen
Material, wie Polyäthylen, Polypropylen oder Polyamid, z. B. Nylon, und ist um so
viel länger als der Kondensator, daß es nach dem Einsetzen über die Stirnenden des
Zubehörteiles hinausragt. Die Wandstärke des Rohrstückes B ist so gewählt, daß eine
wirksame Isolierung, eine wirksame Abdichtung und zufriedenstellende mechanische
Festigkeit des eingekapselten Zubehörteiles gewährleistet sind.
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Der Kondensator A und das den Kondensator nahezu umgebende geschlitzte
Rohrstück B werden in eine Spritz- oder Gießform C gebracht, die so geformt und
bemessen ist, daß sie dem Rohrstück B in seinem aufgebogenen Zustand entspricht
(s. F i g. 6 und 7), wobei das geschlitzte Rohrstück B den Kondensator A in seiner
richtigen Stellung in der Form C hält. Die Form C besteht vorzugsweise aus auseinandernehmbaren
Teilen, nämlich einem oberen und einem unteren Teil, zwischen denen Löcher in der
Wandung der Form zur Aufnahme der Kontaktdrähte A1 des Kondensators A gebildet werden,
wobei die Kontakte A1 diese Löcher vollständig ausfüllen, so daß die Form praktisch
vollständig dicht verschlossen ist. Dann wird eine isolierende Spritzmasse, beispielsweise
thermoplastisches Material, vorzugsweise der gleichen Art wie die, aus der das Rohrstück
besteht, in die Form C eingespritzt, wobei diese Spritzmasse bei einer über der
Erhärtungstemperatur liegenden Temperatur in die Form C eingeführt wird,
so
daß sie schnell in alle in der Form vorhandenen freien Räume strömt. Ein schnelles
Fließen des Spritz- oder Gießmaterials in alle Teile der Form wird durch den geöffneten
oder aufgeweiteten Schlitz Bi in dem geschlitzten Rohrstück B erleichtert, wobei
das Spritz- oder Gießmaterial vorzugsweise nahe der Mitte dieses Schlitzes bei C1
eingespritzt wird. Der gleiche Schlitz Bi erlaubt auch den Austritt der Luft, die
sonst in, dem fertigen Formteil eingeschlossen werden könnte. Es ist ersichtlich,
daß wegen der elastischen Weise, in der das geschlitzte Rohrstück B den Kondensator
A umfaßt, eine Bewegung des Elementes A nach den Enden zu, relativ zu dem
Rohrstück B und der Form C, verhindert wird, die sonst während des Gieß- oder Spritzvorganges
auftreten könnte. Auf diese Weise wird an jedem Ende des Kondensators A eine genügende
Einkapselungswandstärke erreicht, die rund um die Kontakte A1 eine wirksame Abdichtung
bildet. Die Temperatur der Form C liegt während des Gieß- oder Spritzvorganges unter
der Erhärtungstemperatur des Gieß- oder Spritzmaterials, jedoch so hoch, daß sich
die Gieß- oder Spritzmasse nur verhältnismäßig langsam abkühlt. Dadurch wird auch
gewährleistet, daß der gesamte Hohlraum der Form, z. B. C2 in F i g. 6, vollständig
gefüllt wird. das heiße thermoplastische Gieß- oder Spritzmaterial dringt schnell
in die frei liegenden Teile des Rohrstückes ein, das aus dem gleichen thermoplastischen
Material besteht, so daß man nach dem Kühlen eine wirksame einstückige Einkapselung
erhält.
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Der hergestellte eingekapselte Kondensator besitzt einen hohen Isolationswiderstand
und hohe mechanische Festigkeit und ist darüber hinaus in sehr wirksamer Weise gegen
das Eindringen von Feuchtigkeit abgedichtet. Nach der Erfindung hergestellte Kondensatoren
wurden einer strengen Prüfung unter tropischen Verhältnissen unterworfen, indem
sie in einer Kammer eingeschlossen wurden, in der die Temperatur periodisch zwischen
20 und 30° C schwankte, während die relative Feuchtigkeit in der Kammer auf mindestens
95% gehalten wurde. Die Kondensatoren zeigten, selbst nach einigen Monaten, keine
wesentliche Veränderung ihrer elektrischen Eigenschaften, und insbesondere ihr Isolationswiderstand
blieb unbeein$ußt. Dagegen wiesen Kondensatoren mit ähnlich hergestellten Elementen,
die jedoch nach anderen schwierigeren und teureren Verfahren als den beschriebenen
hergestellt worden waren, bereits nach einer vierzehntägigen Prüfung unter den gleichen
tropischen Bedingungen Schädigungen auf.
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Bei einer abgewandelten Ausführungsform des oben beschriebenen Verfahrens,
die auf Kondensatoren A mit radial verlaufenden Kontaktdrähten Al Anwendung findet,
wird ein langgestrecktes geschlitztes Rohrstück D (s. F i g. 8) verwendet, um gleichzeitig
zwei oder mehr Kondensatoren in einer Form zu lagern oder zu halten, wobei die Kondensatoren
in Längsrichtung des Rohrstückes D im Abstand voneinander angeordnet sind und während
des Gieß- oder Spritzvorgangs infolge des elastischen Angreifens dieses Rohrstückes
in ihrem Abstand voneinander gehalten werden. Das Gießen oder Spritzen geschieht
in der oben beschriebenen Weise, wobei das isolierende Gieß- oder Spritzmaterial
dem aufgebogenen Schlitz des Rohrstückes D' entlangfließt, um den gesamten Hohlraum
der Form, einschließlich der Zwischenräume zwischen benachbarten Kondensatoren A,
auszufüllen. Der entstehende eingekapselte Körper wird dann, beispielsweise mittels
eines erhitzten Messers, an geeigneten Stellen auf seiner Länge zerteilt, so daß
einzelne Zubehörteile erhalten werden.
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Wie bereits ausgeführt, ist es manchmal günstig, wenn die Anschlußdrähte
nur aus einem Ende des Kondensators parallel zu dessen Achse herausragen. Wenn es
erwünscht ist, ist es möglich, den Kondensator nicht in der in F i g. 3 dargestellten
Weise herzustellen, sondern den Kondensator an jedem der Enden seiner Wicklung mit
einem Kontakt zu versehen, wie in F i g. 1 dargestellt, und den Kontakt des einen
Endes durch die Einkapselung hindurchzuführen, so daß beide Kontakte aus ein und
demselben Ende des eingekapselten Kondensators herausragen. Oft müssen in diesem
Falle die Kontakte einen ganz bestimmten Abstand voneinander haben, so daß der eingekapselte
Kondensator zum automatischen Anschluß in einem Stromkreis vorbereitet ist. Wenn
der eine Kontaktdraht von dem einen Ende der Wicklung zum anderen gebracht wird,
ist darauf zu achten, daß dieser Kontakt nicht mit der Elektrode in Berührung kommt,
an die der andere Kontakt angeschlossen ist, da sonst die Kondensatorelektroden
kurzgeschlossen werden.
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Bei einer anderen Abwandlung des oben beschriebenen Einkapselungsverfahrens
wird ein besonders ausgebildetes, durch Spritzen oder Gießen hergestelltes geschlitztes
Rohrstück E (F i g. 9) verwendet, das in der einen Längskante auf einer Seite seines
Schlitzes eine tiefe Nut Ei besitzt, durch die hindurch der Kontaktdraht Al von
dem einen Ende des Kondensators A zu dem anderen führt. An diesem anderen Ende des
Kondensators A ist das geschlitzte Rohrstück B längs eines Teiles seiner anderen
Längskante an der anderen Seite seines Schlitzes mit einer flachen Nut E2 versehen,
die den KontaktdrahtAl des benachbarten Endes des Kondensators A aufnimmt. Nachdem
das Gießen oder Spritzen in der oben beschriebenen Weise erfolgt ist, ragen also
die beiden Kontaktdrähte Al im Abstand voneinander aus dem einen Ende der Einkapselung
heraus.
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Innerhalb des Rahmens der Erfindung kann das oben beschriebene Gieß-
oder Spritzverfahren natürlich in verschiedener Weise abgewandelt werden. Zwar ist
es zu bevorzugen, beispielsweise ein und dasselbe Material für die isolierenden
Halterungen, d. h. das geschlitzte Rohrstück, zu verwenden; diese bevorzugte Ausführungsform
ist aber nicht wesentlich, und es kann als Gieß- oder Spritzmaterial auch eine andere
thermoplastische Masse als diejenige, aus der die Halterung hergestellt wurde, verwendet
werden. Weiterhin muß nicht unbedingt thermoplastisches Material für die isolierenden
Abstandshalter verwendet werden, sondern diese können aus irgendeiner geeigneten
Masse bestehen, die sich mit dem Gieß- oder Spritzmaterial verbindet oder in. diese
eindringt. Natürlich besitzen das Material, aus dem die isolierende Halterung besteht,
und das zum Spritzen oder Gießen verwendete Material vorzugsweise eine Erweichungstemperatur,
die über der Temperatur liegt, bis zu der der elektrische Kondensator bzw. ein sonstiges
Zubehörteil während ihrer Verwendung erhitzt werden dürfen. Außerdem können an Stelle
eines einzigen geschlitzten Rohrstückes
zwei oder mehr geschlitzte
Rohrstücke geringerer Länge verwendet werden, beispielsweise eins an jedem Ende
des Kondensators. Es ist außerdem zu bemerken, daß der Ausdruck »geschlitztes Rohrstück«
jedes Rohrsegment umfassen soll, das den größten Teil (beispielsweise drei Viertel)
der Umrißlinie des Kondensators umgibt, vorausgesetzt, daß das Rohrstück, nachdem
es aufgebogen worden ist, damit ein Kondensator von der Seite oder vom Ende her
eingesetzt werden kann; teilweise seine normale Form wieder annimmt und das Element
gegen eine Bewegung nach den Stirnenden hin elastisch festhält. In diesem Sinne
ist der hier verwendete Ausdruck »nahezu umgebend öder umschließend« zu verstehen.
Schließlich ist zu bemerken, daß auch andere elektrische Zubehörteile als Kondensatoren
mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eingekapselt werden können und in diesem
Falle geschlitzte Rohrstücke verwendet werden können, deren Querschnitt nicht kreisförmig
ist.