DE2234723B2 - Vorrichtung zum umgiessen von einlegeteilen mit einem fluessigen harz- haerter-gemisch unter reduziertem druck - Google Patents

Description

veranschaulicht jedoch eine zum Gießen von piezoelektrischen Elementen geeignete Form-,

Fig.6 zeigt eine Fragment-Querschnittsansichi der in Fig.5 gezeigten Form entlang der Linie Xl-Xl der Fig. 5.

Bei Bezugnahme auf die Zeichnungen ist insbesondere in F i g. 1 zu sehen, daß eine hier beschriebene Anordnung einen Maschinenkasten 10 und einen Behälter 12 in Form eines rechteckigen Kastens, der auf dem Maschinenkasten 10 angebracht ist, umfaßt. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist der Behälter 12 an seiner Oberseite geöffnet und ist zum Schließen mit einer Deckplatte 14 versehen, in die vorzugsweise eine transparente Glasplatte 16 mit dem Ziel eingelassen ist, das Innere des Behälters 12 zu beobachten. Die Glasplatte 16 ist auch erforderlich, um einen hierauf gerichteten äußeren Druck zu widerstehen, um den Behälter bei Betrieb unter reduziertem Druck zu halten. Die Deckplatte 14 ist in Fig.2 zum Schließen der oberen Seite des Behälters 12 mit einer dazwischenliegenden Dichtung 18 gezeigt, wodurch sichergestellt wird, daß der Behälter 12 unter reduziertem Druck gehalten wird.

Wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, ist eine Form 20 lösbar innerhalb des Behälter;, 12 angebracht und besitzt eine Vielzahl von Formhohlräumen 22, die in longitudinaler, in Zwischenräumen angebrachter, ausgerichteter Beziehung stehen. Am unteren Teil ist eine Verbindungsleitung 24, um alle Formhohl räum? 22 zu verbinden, und eine Auslaßöffnung 26 angebracht, die mit jedem der Formhohlräume 22 in Verbindung steht und auf der oberen Oberfläche der Form 20 geöffnet ist. Die Hohlräume 22 besitzen eine Dimension und Gestalt, die durch die einzukapselnden Werkstücke vorbestimint ist. Ein Begrenzungsschalter 28 ist, wie aus F i g. 2 hervorgeht, an der inneren Wandoberfläche des Behälters 12 direkt über der Auslaßöffnung 26 an dem rechten Ende mit einem Ziel angebracht, das nachstehend erläutert wird.

Die Form 20 wird vorzugsweise aus einem billigen Kunststoffmaterial hergestellt, was deren Massenproduktion erleichtert. Beispiele für derartiges Material sind Polypropylen, Polyäthylen, Polyvinylchlorid, Silikonharze etc. Darüber hinaus besitzt die Form einen Aufbau, der sie leicht zusammen- und ajseinanderbaubar macht, tin Tiegel 30 zur Aufnahme des zu vergießenden Harzes ist an dem Boden mit einer Verbindungsleitung 32 verbunden, in der ein normalerweise geschlossenes elektromagnetisches Ventil 34 angebracht ist.

Die Verbindungsleitung 32 ist lösbar gegen die benachbarte Seitenwand des Behälters 12 gedichtet und endet in einer Gießdüse 36, die fest in die Verbindungsleitung 24 der Form 20 eingepaßt ist. Das Ventil 34 dient zur Kontrolle der Menge des Harzmaterials, das in die Form 20 eingegossen wird. Eine kombinierte Wiegevorrichtung und Mischvorrichtung 38 ist benachbart oberhalb des Tiegels 30 zur Erzeugung eines flüssigen Gemisches aus Kunstharz und einem Härtemittel in vorbestimmten Mengenverhältnissen bei Raumtemperatur angebracht und kooperiert mit einem in dem Tiegel 30 angebrachten Niveau-Regler (nicht gezeigt), der im Tiegel 30 ein konstantes Niveau des flüssigen Gemisches hält. Die Menge des Härtungsmittels ist variabel, und die Temperatur des flüssigen Gemisches kann etwas oberhalb Raumtemperatur liegen, um die optimale Viskosität für das Gießen zu erhalten.

Die kombinierte Wiege- und Mischeinheit und der Niveau-Regler sind bekannt und Wden keinen Teil der Erfindung, so daß sie nicht weiter beschrieben werden müssen.

Um den mit der Deckplatte 14 hermetisch geschlossenen Behälter 12 zu evakuieren, ist ein Gerät zur Erzielung eines reduzierten Druckes, beispielsweise eine Vakuumpumpe 40, durch eine Röhre mit dem Inneren des Behälters 12 über ei.i elektromagnetisches Ventil 42 des Dreiwegehahn-Typus verbunden. Das Ventil 42 besitzt eine erste Arbeitsstellung, wobei der Behälter 12 wirksam mit der Vakuumpumpe verbunden ist, und eine zweite Arbeitsstellung, in der der Behalter mit einer Luftzufuhrröhre 44 iri Verbindung steht. Steht die Luftzufuhrröhre 44 mit dem Inneren des Behälters 12 über das Ventil 42 in Verbindung, wird der Behälter 12 auf Umgebungsdruck zurückgebracht, wonach die Deckplatte 14 automatisch in die in F i g. 1 gezeigte offene Position mittels einer geeigneten Vorrichtung (nicht gezeigt) bewegt werden kann.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist die Vakuumpumpe 40 innerhalb des Maschinenkastens 10 in geeigneter Weise angebracht und wird durch einen Elektromotor 46. der ebenfalls innerhalb des gleichen Kastens angeordnet ist. betrieben. Auf dieser Seite des Behälters 12 ist gegenüber dem Tiegel 30 ein U-fömiges Quecksilber manometer 48 auf dem Maschinenkasten 10 derart angebracht, daß der offene Arm des »U« mit dem Inneren des Behälters 12 in Verbindung steht, um den Druck innerhalb des Behälters 12 anzuzeigen. F i g. 1 zeigt ebenfalls ein Paar kleiner Blöcke 50 und 52. die auf dem geschlossenen Arm des U-förmigen Manometers 48 angebracht sind. Diese Blöcke stellen Druckscnsoren, vorzugsweise des optischen Typus, bestehend aus einer Lichtquelle und einem Phototransistor dar, die die Schwankungen der Quecksilbersäule — und damit die Druckänderungen im Behälter 12 — erfassen.

Der Drucksensor 50 steuert das elektromagnetische Ventil 34, während der Drucksensor 52 die Vakuumpumpe 40 steuert, um zu verhindern, daß der Druck in dem Behälter zu stark vermindert wird. Die Drucksensoren 50 und 52 sind in ihren Lagen entlang dem geschlossenen Arm des »U« 48 zur Voreinstellung der Höhen des reduzierten Druckes innerhalb des Behälters 12 einstellbar, wobei das Ventil 34 und die Pumpe 40 entsprechend geöffnet und entsprechend gestoppt werden. Es versteht sich, daß das U-förmige Quecksilbermanometer 50 durch beliebige geeignete Druckmeßgerät-Typen ersetzt werden kann. Die in F i g. 1 gezeigte Bezugszahl 54 bezeichnet einen Belriebsschalter zur Bedienung der angeschlossenen elektrischen Ausrüstung (nicht gezeigt), die den Motor 40 umfaßt.

In der in F i g. 2 gezeigten Anordnung wird angenommen, daß (nicht gezeigte) zu vergießende oder einzukapselnde Werkstücke innerhalb der Formhohlräume 22, jeweils eines für jeden Hohlraum, eingebracht sind und daß der Tiegel 30 mit einem flüssigen Gemisch aus vorbestimmten Mengen eines zu vergießenden Kunstharzes und eines Härtungsmittels bei Raumtemperatur gefüllt ist und die Ventile 34 und 42 geschlossen bzw. in einer Position sind, in der das Innere des Behälters 12 mit der Vakuumpumpe 40 in Verbindung steht. Bei der Anordnung wird ebenfalls angenommen, daß die Drucksensoren 50 und 52 in ihren gewünschten Positionen auf dem Manometer 48 angeordnet sind. Damit ist die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Anordnung für den Gießbetrieb bereit.

Der Gießvorgang läuft nun folgendermaßen ab:

Durch Bedienen des Schalters 54 wird der Motor 46

und damit die Vakuumpumpe 40 in Betrieb gesetzt: das Innere des Behälters 12 wird evakuiert. Erreicht das Innere des Behälters 12 einen vorbestimmten reduzierten Druck, der durch den Drucksensor erfaßt wird, wird das elektromagnetische Ventil 34 durch einen (nicht gezeigten) Kontrollkreis geöffnet. Dies erlaubt das Ausgießen oder Saugen des flüssigen Gemisches aus Kunstharz und Härtungsmittel aus dem Tiegel 30 durch die Verbindungsleitung 32, das offene Ventil 34 und die Düse 36 in die Form 20, bis alle Hohlräume 22 der Form 20 vollständig mit dem flüssigen Gemisch unter Einkapselung der entsprechenden (nicht gezeigten) hierin eingebrachten Werkstücke gefüllt wird. Nimmt das flüssige Gemisch in dem Tiegel 30 nennenswert in seiner Höhe während des Gießvorgangs ab, so füllt die kombinierte Wiege- und Mischeinheit 38 den Tiegel 30 mit dem Gemisch aus Harz und Härtungsmittel, wie vorstehend beschrieben, wieder auf.

Bei Beendigung des Gieß Vorgangs fließt das überschüssige Gemisch durch die Auslaßöffnungen 26 auf die äußere Oberfläche der Form 20. Dies wird durch den Endschalter 28 gemessen. Durch den Betrieb des Endschalters 28 wird das Ventil 34 geschlossen und das Ventil 42 in eine Lage gebracht, in der das Innere des Behälters 12 mit der Luftzufuhrröhre 44 in Verbindung steht, während gleichzeitig der Motor 46 und deshalb Pumpe 40 gestoppt werden. Demnach erhöht sich der Druck in dem Inneren des Behälters 12 allmählich, bis er den Umgebungsdruck erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt wird die Deckplatte 14 automatisch in ihre offene Position, wie in Fig. 1 veranschaulicht, gebracht. Es versteht sich, daß der Endschalter 28 durch jede geeignete Art eines Phototransistors oder eines elektromagnetischen Relais ersetzt werden kann.

Sodann wird die Form 20 aus dem Behälter 12 herausgenommen und die Düse 36 geschlossen. Die Form 20 wird in diesem Zustand belassen, bis das Kunstharz innerhalb der Formhohlräume 22 verfestigt ist. Hiernach können der resultierende Guß oder die eingekapselten Werkstücke aus den Formhohlräumen 22 ausgeworfen werden.

Anschließend wird ein weiterer einzukapselnder Satz an Werkstücken in die nunmehr leere Form oder eine neue Form eingebracht. Das vorstehend beschriebene Verfahren wird mit der in dem Behälter 12 angeordneten Form wiederholt. Während des Vergießvorgangs kann der Druck in dem Behälter 12 unter einen vorbestimmten Wert, der durch die Position des Drucksensors 52 entlang dem Manometer 48 dargestellt ist, fallen. Dies befähigt den Drucksensor 52, den Motor 46, wie vorstehend beschrieben, zu stoppen, wodurch verhindert wird, daß der Druck in dem Behälter zu stark fällt.

Die Erfindung kann wirksam auf eine große Anzahl an Werkstücken, insbesondere elektronische Teile und Elemente, die mit Kunstharzen zu überziehen sind, angewandt werden. Geeignete Beispiele für Kunstharze stellen Epoxyharze. Polyurethane, Polyester. Silikonharze. Polysulfid-Kunstharze etc. dar. jedes dieser Harze kann in der Form vorliegen oder in geeigneter Weise hierin in flüssigem Zustand bei Raumtemperatur eingebracht werden, wobei ein geeignetes Härtungsmittel zugemischt wird Ein derart hergestelltes flüssiges Gemisch besitzt vorzugsweise eine Viskosität von etwa 20 OOOCentipoise bei Raumtemperatur.

Als weiteres Ausuihrungsbeispiel zeigen die F i g. 3 und 4 eine Gießform /um Umgießen von elektronischen .Bauteilen. Die durch die Bezugs/.iffer 20 allgemein bezeichnete Gießform enthält eine obere Hälfte 20.4, eine untere Hälfte 20/? und eine Vielzahl an Formhohlräumen 22.

Weiter isi eine Verbindungsleitung 24 auf einem Randteil der unteren Formhälfte 200 angeordnet um' mit einer Vielzahl von Kanälen 24Λ verbunden, die jeweils mit einem individuellen Paar benachbarter

ίο Formhohlräume 22 in Verbindung stehen. Die Vcrbindungsleitung 24 ist auf einer Seite mit der angeschlossenen Gießdüse, die durch die Ziffer 36 in F i g. 2 gezeig! ist, verbunden. Die Formhohlräume 22 sind jeweils mit einer Auslaßöffnung 26 versehen, die sich nach einem Giißzapfen oder Steiger 25 öffnet, der entlang dem oberen Rand der Form 20(siehe Fi g. 4) verläuft.

Die zu umgießenden Bauteile 60 werden fest in die in der unteren Formhälfte 20ß gebildeten Hohlraumtcile eingebracht, und anschließend wird die obere Formhälfte 20Λ darübergelegt und mit der unteren Hälfte 20/^ durch Befestigungsbolzen 76 (wovon nur einer ge/eigi ist) befestigt. Die derart zusammengebaute Form 20 wird in der vorstehend beschriebenen Weise in Verbindung mit Fig. 2 in den Behälter 12 eingebracht und ist für den Gießvorgang bereit.

Es wurde gefunden, daß ein derartiges Bauteil vorzugsweise mit einem Epoxyharz, das mit einem geeigneten Härtungsmittel gemischt wird, eingekapselt wird.

Das Harz wurde mit dem Härtungsmittel in einem Mischungsverhältnis von 100 zu 18 gründlich unter Bildung einer Flüssigkeit vermischt, die eine Viskosität von 1800 Centipoise bei 20⁰C besaß.

Das vorstehend in Verbindung mit den Fig. 1 und 2

beschriebene Vorgehen wurde mit dem derart hergestellten Harz-Härtungsmittel-Gemisch wiederholt. Das Einsaugen des Gemisches in die Form 20 wurde bei reduziertem Druck oder einem Vakuum, das 80 mm Quecksilbersäule entsprach, bewirkt.

In den Fig. 5 und 6. in denen gleiche Bezugsziffern entsprechende Komponenten der Fig.3 und 4 wiedergeben, ist eine Form 20 zum Gießen von piezoelektrischen Elementen 84 mit einer Vielzahl von ausgerichtet angeordneten Formhohlräumen 22, die in der unteren Hälfte 20£? angebracht sind, gezeigt. Demnach kann das Element 84 innerhalb des verbundenen Formhohlraums 22 dadurch zentriert werden, daß die Auskragungen 90 gegen die unteren gegenüberliegenden Ränder des Formhohlraums 22 angrenzen. Das vorstehend in Verbindung mit den F i g. 1 und 2 beschriebene Vorgehen kann mit der Form 22 in die piezoelektrischen Elementen 84. wie in den F i g. 5 und 6 gezeigt ist. eingebracht sind durch die Verwendung des Harzes und Härtungsmittels wiederholt werden, die mit jenen, die in

Verbindung mit den F i g. 3 und 4 beschrieben wurden, identisch sind. Es wurden jedoch 100 Gewichtsteile des Harzes mit 20 Gewichtsteilen des Härtungsmittels vermischt, und die Einsaugung des reduzierenden Gemisches in die Form wurde unter reduziertem Druck von 40 mm Quecksilber veranlaßt Zur Bestimmung der Gießzeit von 15 Sekunden wurde ein Zeitmeßgerät (nicht gezeigt) ohne Weglassung des Endschalters 28 verwendet. Dann wurden die Ventile 34 und 42 manuell betätigt, um den Behälter 12 wieder auf Umgebungs-

*5 druck zu bringen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Umgießen von Einlegetcücn mit einem flüssigen Harz-Härter-Gemisch unter redu- S ziertem Druck, mit einem einen Vorrat an flüssigem Harz-Härter-Gemisch bei Raumtemperatur enthaltenden Tiegel, einem mit einer Vakuumpumpe verbundenen Behälter, einer lösbar im Behälter angeordneten Gießform mit Formhohlräumen, einem ersten Ventil in einer Verbindungsleitung zwischen dem Tiegel und den Formhohlräumen, einem zweiten Ventil in einer Verbindungsleitung zwischen der Vakuumpumpe und dem Behälter, das in einer ersten Arbeitsstellung den Bahälter mit der Vakuumpumpe und in einer zweiten Arbeitsstellung den Behälter mit der Umgebungsatmosphiire verbindet, und einem mit dem Behälter gekoppelten Druckregeigerät zum Einstellen eines bestimmten Unterdrucks, dadurch gekennzeichnet, daß die dem ersten Ventil (34) zugeordnete Verbindungsleitung (32, 36, 24) mit den Böden der Formhohlräume (22) verbunden ist, das Druckregeigerät mit dem ersten Ventil (34) und ein auf die vollständige Füllung der Formhohlräume (22) ansprechender Schalter (28) sowohl mit dem ersten Ventil (34) als auch mit der Vakuumpumpe (40) und dem zweiten Ventil (42) in Wirkverbindung steht.

   Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umgießen von Einlegeteilen mit einem flüssigen Harz-Härter-Gemisch unter reduziertem Druck, mit einem einen Vorrat an flüssigem Harz-Härter-Gemisch bei Raumtemperatur enthaltenden Tiegel, einem mit einer Vakuumpumpe verbundenen Behälter, einer lösbar im Behälter angeordneten Gießform mit Formhohlräumen, einem ersten Ventil in einer Verbindungsleitung zwischen dem Tiegel und den Formhohlräumen, einem zweiten Ventil in einer Vcrbindungsleitung zwischen der Vakuumpumpe und dem Behälter, das in einer ersten Arbeitsstellung den Behälter mit der Vakuumpumpe und in einer zweiten Arbeitsstellung den Behälter mit der Umgebungsatmosphäre verbindet, und einem mit dem Behälter gekoppelten Druckregelgerät zum Einstellen eines bestimmten Unierdrucks.

   Aus der CH-PS 2 74 039 ist ein Verfahren zum Vergießen von unter Atmosphärendruck polymerisierenden Kunstharzen bekannt. Es werden dabei solche Kunstharze verwendet, die lediglich unter Einwirkung von Wärme und Katalysatoren ohne Anwendung von Druck aushärten und ohne daß hierbei flüchtige Bestandteile abgegeben werden. Diese speziellen Harze werden unter Vakuum vergossen, um Lufteinschlüsse aufweisende Einlegeteile umgießen zu können. Ein wesentliches Merkmal der CH-PS 2 74 039 besteht darin, daß das flüssige Harz in den evakuierten Behälter unter dem Einfluß seines Gewichtes in den Fornihohlraum hincingeleitet wird. Dieses Verfahren eignet sich jedoch kaum für die Massenfertigung solcher Gießartikel, die geringe Abmessungen aufweisen, und deren Konstruktion, wie bei Elektroartikeln üblich, relativ kompliziert und durch zahlreiche Hinterschneidungen gekennzeichnet ist. Bekanntlich sind die Gießharze zwar niedrigviskos, doch ist es nach diesem Verfahren unter Verwendung der Gießharze kaum möglich, sämtliche winzigen toten Räume oder Hinterschneidungen durch das Gießharz auszufüllen. Durch Anwendung eines Unterdruckes und durch das Eigengewicht des Harzes erfolgt bei diesem Verfahren die Füllung des Formhohlraumes mit einer übermäßig hohen Geschwindigkeit, was dazu führt, daß die zu umgießenden Einlegeteile vom Harz umgeben werden, bevor das Harz in sämtliche Details der Einlegcteile oder der Form gelangt ist. Ähnlich problematisch ist auch das Gießen von Kunstharzen in einer Gießvorrichtung, wie sie in dem DT-GM 67 51812 beschrieben wird. In diesem Gebrauchsmuster wird eine Kunstharz-Gießvorrichtung beschrieben, die kaum für die Massenfertigung solcher Gießartikel geeignet ist, die geringe Abmessungen aufweisen und deren Konstruktion relativ kompliziert und durch zahlreiche Hinterschneidungen gekennzeichnet ist. Bei diesem Verfahren ist die Bildung von toten Räumen nicht zu vermeiden.

   Aufgabe der Erfindung ist die Einströmgeschwindigkeit des Gießharzes zu steuern, damit klein dimensionierte, empfindliche, elektronische Teile und Elemente sauber eingössen werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es. eine gleichbleibende Qualität und gleichbleibende Eigenschaften derumgossenen Einlegeteile zu sichern und die Massenproduktion dieser Teile mit der Vorrichtung zu gewährleisten.

   Die Lösung besteht darin, daß die dem ersten Ventil zugeordnete Verbindungsleiiung mit den Böden der Formhohlräume verbunden ist. das Druckregelgerät mit dem ersten Ventil und ein auf die vollständige Füllung der Formhohlräume ansprechender Schalter sowohl mit dem ernten Ventil als auch mit der Vakuumpumpe und dem zweiten Ventil in Wirkverbindung steht.

   Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden umgossene Einlegeteile von einheitlicher Qualität erhalten, wobei die Vorrichtung sich kontinuierlich zum Gießen der Kunstharze eignet. In der Vorrichtung wird das flüssige Harz mittels des Unterdrucks von unten in die Formhohlräume eingesogen, so daß sich durch entsprechende Steuerung der Höhe des Unterdruckes die Geschwindigkeit des Einfüllvorganges, den jeweiligen Anforderungen entsprechend, in einfacher Weise regeln läßt. Auf diese Weise ergibt sich gleichzeitig der Vorteil, daß der Unterdruck nicht irgendwelche, unter Umständen unwirtschaftliche Ausmaße aufzuweisen braucht, sondern Form und Einlegeteil optimal und damit wirtschaftlich angepaßt werden können. Die Vorrichtung zeichnet sich zudem durch eine leichte Automatisierungsfähigkeit aus.

   Die Form kann aus Kunststoff erzeugt weiden, der das Gießharz in festem Zustand leicht freigibt.

   Ausführungsbeispiele der Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen veranschaulicht.

   F i g. 1 stellt eine perspektivische Ansicht einer Gießvorrichtung mit einem weggebrochenen Teili dar die gemäß den Lehren der Erfindung aufgebaut ist:

   F i g. 2 stellt eine Längsschnittansicht eines Teils dei in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung dar, wobei die verbundenen Komponenten im Aufriß veranschaulich sind;

   Fig.3 stellt eine teilweise Grundrißansicht einei weiteren Gießform mit einem weggebrochenen Teil dar um die Anordnung der Formhohlräume zu veranschauli chen:

   F1 g. 4 stellt eine Teilschnittansicht entlang der Linii VII-VllderFig.3dar;

   Fig. 5 stellt eine Fig. 3 ähnlich Ansicht dai