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Kunststoffgehäuse mit elektrischem Bauelement
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Kunststoffgehäuse mit elektriscien
Bauelementen, bei dem elektrische Anschlüsse durch die Gehäusewandung nach außen
ragen.
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In vielen Fällen messen elektrische Bauelemente, wie elektrische Kondensatoren,
Transistoren, Widerstände usw. zum Schutz vor der Umgebung dicht in ein Gehäuse
eingebaut werden. Oft eignen sich hierzu Gehäuse aus Kunststoff, da diese nicht
nur eine elektrische Isolation des Bauelementes ergeben, sondern sich Kunststoffe
auch leicht in beliebige Formen bringen lassen und durch die Zusammensetzung der
Kunststoffe die elektrischen und mechanischen Eigenschaften in weitem Maße variierbar
sind. Hierbei ist es stets erforderlich, daß mindestens zwei elektrische Anschlüsse
durch das Gehäuse nach außen ragen. In vielen Fällen dienen diese elektrischen Anschlüsse
auch noch zum Befestigen des eingebauten Bauelementes, wozu sie meist steckbar oder
in Form von Steckverbindungen ausgebildet sind.
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Dabei müssen die nach außen geführten Anschlüsse einen bestimmten
räumlichen Abstand voneinander haben, der dem Rastermaß von sogenannten gedruckten
Schaltungen entspricht.
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Bisher wurden elektrische Bauelemente in verschiedener Weise in solche
Kunststoffgehäuse eingebaut.
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an kann beispielsweise ein an einer Seite offenes Kunststoffgehäuse
verwenden, in das das Bauelement so eingesetzt wird, daß die Anschlüsse an der offenen
Seite des Gehäuses herausragen. Dann wird das offene Gehäuse ~flit einem zunächst
flüssigen und später erhärtenden Isolierstoff aufgefüllt. Dies bringt insofern Schwierigkeiten
mit sich, als in der Zeit bis zum Erhärten des eingegossenenelsolierstoffes das
Bauelement in der gewünschten Lage im Gehäuse gehalten werden muß und dabei auch
die elektrischen Anschlüsse die für den späteren Verwendungszweck erforderliche
Lage behalten müssen. Es sind somit rür jedes in ein Gehäuse eingegossenes Bauelement
geeignete Halterungen vorzusehen, die erst nach sollständigem Erhärten der eingegossenen
Isoliermasse entfernt werden Können. Diese Einbauart ist somit zeitraubend und kostspielig.
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Bei einer anderen bekannten Ausführungsform ist der Boden des hunststoffgehäuses
mit geeigneten Öffnungen versehen, durch die die Anschlüsse des Bauelementes gesteckt
werden. Damit ist die gegenseitige Lage der aus dem Kunststöffgehäuse herausragenden
Anschlüsse gewährleistet, was wichtig ist, wenn das Bauelement zum Einstecken in
die Löcher einer gedruckten Schaltungsplatte bestimmt ist. Zum Einbringen des Bauelementes
muß aber das Kunststoffgehäuse an einer Seite offen sein.
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Dies bietet aber noch nicht den gewünschten Schutz
für
das elektrische Bauelement. Deshalb wird auch in diesem falle nach dem Einstecken
des Bauelementes in das Gehause dieses noch mit einem verflüssigten Isolierstoff
ausgegossen. Da die Lage des Bauelementes in diesem Falle durch das Einstecken der
Anschlüsse in die Löcher im Boden des Gehäuses fixiert ist, ist im allgemeinen keine
besondere Halterung mehr erforderlich, um das Bauelement im Gehäuse in der richtigen
Lage zu halten, bis der eingegossene Isolierstoff erstarrt ist. Damit der flüssige
Isolierstoff aber nicht durch die Löcher im Boden des Kunststoffgehäuses auslaufen
kann, messen die Löcher genau für die verwendeten Anschlüsse des Bauelementes bemessen
sein.
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Wenn beispielsweise die Anschlüsse aus runden Drähten bestehen, so
müssen runde Löcher mit dem gleichen Durchmesser wie die Drähte verwendet werden.
Dies ergibt einmal Schwierigkeiten beim Einfädeln der Anschlüsse in die Löcher im
Baden des Kunststoffgehäuses, zum anderen können bei einer bestimmten Gehäuseart
mit bestimmten Löchern nur Bauelemente mit gleichen Anschlüssen eingebaut werden.
Besonders scnwierig ist die Abdichtung, wenn die Anschlüsse aus flachen Bändern
aus metall oder aus Lötfahnen bestehen.
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In manchen Fällen läßt sich eine Abdichtung überhaupt nicht gut erreichen,
beispielsweise wenn die Anschlüsse aus Drahtlitzen bestehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kunststoffgehäuse mit elektrischen
Bauelementen zu schaffen, und ein Verfahren zur Herstellung eines in ein Kunststoffgehäuse
eingebauten elektrischen Bauelementes anzugeben, bei dem die oben genannten Schwierigkeiten
vermieden werden.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Kunststoffgehäuse der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Gehäuse aus mindestens zwei miteinander
verschweißten Teilen besteht und die Anschlüsse durch die Schweißnaht nacn außen
geführt sind.
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Auf diese Weise können nicht nur einfache Kunststoffgehäuseteile verwendet
werden, sondern diese eignen sich für ganz unterschiedliche Bauelemente mit unterschiedlichen
Anschlüssen, ohne daß hierzu eine besondere Ausbildung des Gehäuses erforderlich
wäre. Es lassen sich auf diese Weise beliebige Anschlüsse in beliebiger Anzahl und
an verschiedenen Stellen dicht durch die Wandung des Kunststoffgenäuses hindurchführen,
gleichgültig ob es sich bei den Anschlüssen um Drähte, Drahtlitzen, flache Anschlußteile,
wie z.B. Lötfahnen, oder andere Anschlüsse handelt.
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Das Bauelement wird in die eine Halbschale des Gehäuses so eingelegt,
daß die herauszuführenden Anschlüsse auf dem Rand des Gehäuses aufliegen, dann wird
die zweite Halbschale aufgelegt und durch geeignete Energiezufuhr werden die beiden
Genäuseteile an ihren aufeinanderliegenden Rändern miteinander verschweißt. Dadurch
werden gleichzeitig die Anschlüsse an der Durchführungsstelle durch die Gehäusewandung
in die Kunststoffmasse dicht eingebettet.
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Überraschenderweise hat sich sogar gezeigt, daß auch isolierte Anschlüsse
auf diese Weise dicht in die Gehäusewandung eingebettet werden können, ohne daß
an dieser Stelle die Isolation zuvor entfernt werden muß.
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Zur besseren Verankerung der Anschlüsse in der Gehäusewandung können
diese an der Durchdringungsstelle mit einer vergrößerten Oberfläche versehen sein.
Die Vergrößerung der Oberfläche kann beispielsweise in einer Aufrauhung bestehen
oder in angeformten Ansätzen oder Vertiefungen, wobei die Ansätze auch mit Hinterschneidungen
versehen sein können.
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Die Erfindung eignet sich nicht nur zum Einbau von elektrischen Bauelementen
in ein Gehäuse aus zwei Halbschalen, sondern es können auch mehrere Gehäuseteile
vorgesehen sein, die nacheinander oder gleichzeitig miteinander verschweißt werden,
wobei an den Schweißnähten die Anschlüsse der Bauelemente durch die Gehäusewand
hindurchgeführt sind. Die Gehäuseteile können hierbei so ausgebildet sein, daß sie
mehrere Kammern bilden, die jeweils ein Bauelement oder eine Gruppe von Bauelementen
aufnehmen, die dann im fertigen Gehäuse durch die Zwischenwaände noch einmal voneinander
getrennt sind.
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Die Energiezufuhr an der Schweißstelle kann durch örtliche Wärmezufuhr
geschehen, besonders einfach ist es jedoch, die Teile durch Ultraschall miteinander
zu verschweißen. Hierbei wird dann der eine Gehäuseteil in an sich bekannter Weise
mit einer angeformten Kante versehen, durch deren Ausbildung der Schweißvorgang
gesteuert werden kann.
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In den Figuren sind Ausführungsbeiepiele ftir die Erfindung dargestellt.
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Figur 1 zeigt zwei Gehäuseteile mit einem Bauelement vor ihrer Verbindung
und Figur 2 zeigt die beiden miteinander verbundenen Gehäuseteile nach Figur 1 nach
der Verbindung in perspektivischer Darstellung; Figur 3 zeigt einen Schnitt durch
zwei Gehäuseschalen, die durch Ultraschailt miteinander verschweißt werden sollen;
Figur 4 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Gehäuse aus drei Gehäuseteilen,
in das zwei verschiedene Bauelemente eingebaut werden.
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Figur 5 zeigt das Gehäuse nach Figur 4 nach dem Verschweißen; Figur
6 zeigt ein Gehäuse mit durch die Gehäusewand hindurchgeführten flachen Anschlüssen;
Figur 7 zeigt ein Gehäuse mit durch die Gehäusewand hindurchgeführten Litzendrähten~
Figur 8 zeigt ein Gehäuse, bei dem vier Anschlüsse an versc verschiedenen Seiten
aus dem Gehäuse herausgeführt sind.
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Das Gehäuse bei der Anordnung nach Figur 1 besteht aus zwei Halbschalen
1 und 2, welche an einer Seite 6 offen
sind. Die Halbschalen können
aus verschiedensten schweibbaren Kunststoffen bestehen, beispielsweise aus Polyvinylchlorid
oder Polycarbonat. Das elektrische Bauelement 3 ist beispielsweise ein elektrischer
Kondensator, bei dem an der Stirnseite zwei Anschlüsse 4 und 5 in Form von runden
Metalldrähten herausragen. Die einzelnen Teile werden in der in Figur 1 gezeigten
Anordnung aufeinandergelegt, so daß die beiden Anschlußdrähte 4 und 5 zwischen den
aufeinanderliegenden Kanten der Halbschalen 1 und 2 zu liegen kommen. Durch geeignete
Energiezufuhr, beispielsweise durch Ultraschalleinwirkung, werden die beiden Halbschalen
1 und 2 an den aufeinanderliegenden Rändern miteinander verschweißt, wobei gleichzeitig
die Anschlußdrähte 4 und 5 dicht in die Kunststoffwandung eingebettet werden.
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Figur 2 zeigt das in das Gehäuse eingebaute Bauelement nach Figur
1 im fertig eingebauten Zustand. Die beiden Gehäuseschalen 1 und 2 sind durch die
Schweißnaht 7 dicht miteinander verbunden, wobei die Anschlußdrähte 4 und 5 an der
Schweißnaht aus den beiden miteinander verbundenen Gehäusehälften herausragen. Das
noch an der Seite 6(Figur 1) offene Gehäuse kann dort mit einem Deckel verschlossen
werden und/oder es kann auch eine geeignete Isoliermasse an dieser Stelle zwischen
Gehäuse und Bauelement eingegossen werden.
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Das in den Figuren 1 und 2 dargeStellte Gehäuse hat quaderförmige
Ausbildung, dies ist aber für die Erfindung nicht wesentlich. Die beiden Gehäuseteile
können
beliebig ausgebildet sein, wesentlich ist nur, daß die beiden
Ränder der Gehäuseteile gut aufeinanderpassen.
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Das Gehäuse braucht auch keine offene Seite 6 haben, wie in Figur
1 dargestellt, sondern kann auch an dieser Seite eine Wand besitzen. Das Bauelement
wird dann bei dieser Ausführungsform freischwebend in dem verschlossenen Gehäuse
gehalten. Zur Absorption von Feuchtigkeit kann zuvor noch ein feuchtigkeitbindendes
Mittel in das Gehäuse eingebracht werden.
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Wenn das Gehäuse mit Isoliermasse von der offenen Seite 6 her vergossen
ist, kann auch noch zusätzlich ein Deckel an dieser Stelle aufgeschweißt werden.
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Figur 3 zeigt im Schnitt zwei Halbschalen, die dazu bestimmt sind,
mit Ultraschall verschweißt zu werden.
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Die beiden Halbschalen werden, wie in Figur 3 dargestellt, aufeinandergelegt
und miteinander verschweißt.
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Zu diesem Zweck hat die eine Halbschale 2 eine zugespitzte Kante 8,
deren Ausbildung auf den Schweißvorgang absgestimmt ist.
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In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform werden drei Gehäuseteile miteinander verbunden und zwar
die beiden halbschalenförmig ausgebildeten Teile 1 und 2 und der Mittelteil 9. Dieser
Mittelteil kann durch eine Zwischenwand 10 unterteilt sein, so daß die beiden Bauelemente
11 und 12 in dem gemeinsamen Gehäuse in getrennten Kammern untertebracht sind. Dies
kann
aus Gründen der Isolation angezeigt sein oder auch, um eine
Erwärmung des einen Bauelementes durch das andere zu verhindern. Anstelle der Bauelemente
11 und 12 konnen auch Bauelementegruppen verwendet werden. Die einzelnen Teile werden
in der in Figur 4 dargestellten Anordnung aufeinandergelegt, so daß die Anschlüsse
13 und 14 bzw. 15 und 16 jeweils zwischen den Kanten der benachbarten Gehäuseteile
zu liegen kommen. Durch einen Schweißvorgang werden die drei Gehäuseteile gleichzeitig
oder nacheinander miteinander verbunden.
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Das so erhaltene fertige Kunststoffgehäuse mit eingebauten Bauelementen
ist in Figur 5 dargestellt. Die drei Gehäuseteile sind durch Schweißnähte 17 und
18 miteinander verbunden, aus denen die Anschlußdrähte 13 und 14 bzw. 15 und 16
herausragen.
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Der Zwischenraum zwischen den Bauelementen un den Gehäuseteilen kann
noch mit einem flüssiggemachten Isolierstoff ausgegossen werden und die Oberseite
kann auch noch mit einem aufgeschweißten Deckel verschlossen werden.
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Es sll noch betont werden, daß die verschiedenen Anschlüsse nicht
unbedingt an der gleichen Seite aus dem Gehäuse herausragen müssen, sondern es kann
in manchen Fällen auch vorteilhaft sein, wenn sie an verschiedenen Seiten aus dem
Gehäuse herausragen. Die Erfindung ist auch nicht auf die Durchführung von jeweils
zwei Anschlüssen bei einer Schweißnaht beschränkt.
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In Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Die beiden Gehäuseteile 1 und 2 sind wiederum durch die Schweißnaht 7 miteinander
verbunden, durch welche die Anschlüsse 19 und 20 herausragen, welche die Form von
flachen Metallteilen haben, die zusätzlich mit einer Öffnung zum Einlöten von Anschlußdrähten
versehen sein könne. Diese flachen Anschlüsse 19 und 20 können aber auch in Form
von Steckverbindungen ausgebildet sein. Es soll dadurch gezeigt werden, daß die
Erfindung nicht auf die Verwendung von runden Drähten als Anschlüsse beschränkt
ist.
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Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Hier sind
wieder die beiden Gehäuseteile 1 und 2 durch die Schweißnaht 7 miteinander verbunden.
Durch die Schweißnaht dicht hindurchgeführt sind die beiden Anschlüsse 21 und 22,
welche im vorliegenden Falle die Form von Drahtlitzen haben. Es hat sich gezeigt,
daß beim Verschweißen der beiden Gehäuseteile auch Drahtlitzen vollkommen dicht
in die Kunststoffmasse eingebettet werden.
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In Figur 8 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Die beiden Gehäuseteile 1 und 2 sind durch die Schweißnaht 7 miteinander verbunden.
Durch diese Schweißnaht sind die Anschlüsse 23 und 24 bzw.
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25 und 26 dicht hindurchgeführt. Bei der vorliegenden Ausführungsform
sind die beiden Paare von Anschlüssen an entgegengesetzten Seiten des Gehäueses
durch die Schweißnaht hindurchgeführt und können, wie in Figur 8 dargestellt, rechtwinkelig
abgebogen sein, um ein Einstecken der Anschlußenden in die Löcher einer gedruckten
Schaltungsplatte zu ermöglichen.
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Die Anschlüsse könne aber auch abweichend von der Anordnung nach Figur
8 an allen vier Seiten des Gehäuses herausgeführt sein.
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Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Form der
Anschlüsse beliebig sein kann. Es können genauso runde Drähte, flache Teile, Litzen
oder irgendwelche andere Formen verwendet werden, die beim Verschweißen der Gehäuseteile
dicht in den Kunststoff der Gehäusewand eingebettet werden. Wie bereits betont,
können sogar isolierten Anschlüsse in die Wandung des Kunststoffgehäuses eingebettet
werden.
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Die miteinander zu verbindenden Kunststoffteile des Gehäuses brauchen
an der vorgesehenen Einbettungsstelle weder eine besondere Ausbildung haben noch
besonders bearbeitet zu werden. Es lassen sich also mit dn gleichen Gehäuseteilen
Bauelemente mit unterschiedlich ausgebildeten Anschlüssen einbauen, ohne daß irgendeine
Änderung an den Gehäuseteilen erforderlich ist. Dies ist ein wesentlicher Vorteil
der Erfindung.
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Zum Verbinden der einzelnen Teile des Kunststoffgehäuses hat sich
das bekannte Ultraschallverschweißen als besonders vorteilhaft erwiesen. Hierzu
ist es erforderlich, aaß eine der beiden zu verbinden-Kanten zugespitzt ist, wie
dies anhand von Figur 3 erläutert wurde. Die Schwingungsamplitude und die Schwingungsfrequenz
müssen sich in an sich bekannter Weise der Größe und Wandstärke und dem verwendeten
Material der Gehäuseteile angepaßt sein. Bei einer praktischen Ausführungsform wurde
eine Schwingungsweite von etwa 50 Mikrometer und eine Schwingungsfrequenz von etwa
20 kHz verwendet.
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Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung von Ultraschallschweißen
beschränkt. So können die beiden Gehäuseteile auch durch örtliche Wärmeeinwirkung
miteinander verschweißt werden. Die Wärme kann in an sich bekannter Weise an der
Schweißstelle konzentriert werden, z.B. durch Anblasen mit Heißluft aus geeigneten
Düsen oder durch eine gerichtete wärmestrahlung oder eine andere Energiestrahlung,
die in der Kunststoffmasse in Wärme umgesetzt wird. So kommt beispielsweise auch
eine Verschweißung durch Laserstrahlen infrage.
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Anstelle der Verschweißung mit Wärme kann auch die sogenannte chemische
Verschweißung verwendet werden, d.h.
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die beiden miteinander zu verbindenden Oberflächen werden durch#Aufbringen
von geeigneten Lösungsmittels angequollen oder angelöst.
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In vielen Fällen wird auch ein gewisser Druck auf die zu verbindenden
Teile ausgeübt werden müssen, um ein zuverlässiges Verbinden der Teile und Einbetten
der Anschlüsse an der Schweißstelle zu erzielen. Bei grösseren Metallteilen, die
eingebettet werden sollen, kann es angebracht sein, diese zusätzlich zu erwärmen,
um ein dichtes Einbetten in die Kunststoffmasse des Gehäuses zu erzielen. Es kann
auch angezeigt sein, den durchzuführenden Anschlüssen in anderer Weise Energie zuzuführen,
z.B. den einzubettenden Anschlüssen getrennt von den Kunststoffgehäuseteilen Ultraschallenergie
zuzuführen.
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Es hat sich gezeigt, daß durch die Erfindung in einfacher Weise elektrische
Bauelemente oder Bauelementegruppen in Kunststoffgehäuse dicht eingebaut werden
können.
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Verzeichnis der Bezugszeichen 1, 2 Halbschale 3 Bauelement 4, 5 Anschlußdraht
6 offene Seite 7 Schweißnaht 8 zugespitzte Kante 9 Mittelteil 10 Zwischenwand 11,
12 Bauelement 13, 14, 15, 16 Anschlußdraht 17, 18 Schweilbnaht 19, 20 Lötfahne 21,
22 Anschlußiitze 23, 24, 25, 26 Anschluß 17 Ansprüche