DE3819835A1

DE3819835A1 - Verfahren zur herstellung eines kunststoffumspritzten elektrischen bauelements

Info

Publication number: DE3819835A1
Application number: DE3819835A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Utner; Ludwig Berg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-06-10
Filing date: 1988-06-10
Publication date: 1989-12-14

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kunststoffumspritzten elektrischen Bauelements, insbesondere eines Kondensators, bei dem ein Funktionskörper mit rechtwink ligem, flachovalem oder rundem Querschnitt, der Stromzuführungs drähte aufweist, die an zwei gegenüberliegenden Seiten befe stigt sind und in gleicher (radiale Bedrahtung), oder entgegen gesetzter (axialer Bedrahtung) Richtung vom Funktionskörper wegstehen in eine vorgefertigte aus zwei Teilen bestehende Spritzform, in der sich ein Hohlraum mit rechteckigem, flach ovalem oder rundem Querschnitt befindet, eingesetzt wird und der verbleibende Hüllraum zwischen dem Funktionskörper und Spritzform durch aus mindestens einer Angußdüse spritzendes flüssiges Kunststoffmaterial gefüllt wird, wobei ein durch den Umspritzvorgang bedingtes Verschieben des Funktionskörpers aus seiner mittigen Lage im Hohlraum durch zentrierende Maßnahmen verhindert wird.

Es ist üblich, Kondensatoren und andere elektrische Bauelemen te, wie AL-/TA-Elkos, Induktivitäten, Widerstände, keramische Bauelemente und Halbleiter aus Schutzgründen im Hinblick auf Lötvorgänge und aus Gründen der Betriebssicherheit mit einer Umhüllung aus Kunststoff zu versehen. Alle bisher bekannten Ausführungen solcher Umhüllungen von elektrischen Bauelementen weisen bezüglich des jeweils verwendeten Materials oder des jeweils verwendeten Verfahrens neben einer Reihe von Vorteilen auch Nachteile auf.

Viel verwendet werden das Einbecherverfahren und das Spritzum preßverfahren, bei denen jeweils eine Umhüllung aus duroplasti schem Kunststoff hergestellt wird. Duroplasten, z. B. Epoxid harze, weisen eine Reihe von Nachteilen auf, insbesondere eine lange Härtezeit. Um die Härtezeiten gegenüber den genannten Verfahren zu verringern, bietet sich die Verwendung von Thermo plasten an. Diese erlauben wesentlich kürzere Zykluszeiten im Herstellungsprozeß der Umhüllungen, z. B. 10 Sekunden bei Ver wendung von Thermoplasten gegenüber 2 bis 3 Minuten bei Verwen dung von Duroplasten bzw. bis zu Stunden beim Einbecherverfah ren mit Gießharzen. Das Argument der Wirtschaftlichkeit auf Grund kürzerer Zykluszeiten kommt natürlich besonders in den Anwendungsfällen zum Tragen, wo man es nicht mit den bei ober flächenmontierbaren Bauelementen notwendigen Hochtemperatur- Thermoplasten zu tun hat, sondern mit den nur halb so teueren Thermoplasten, die bei radial oder axial bedrahteten Bauelemen ten Anwendung finden. Ferner ist zu berücksichtigen, daß die Methode des Umspritzens erheblich geringere Investitionen als das Einbecherverfahren und das Spritzumpreßverfahren erfordert.

Andererseits ist das wirtschaftlich attraktive Verfahren des Umspritzens mit Thermoplasten technisch nicht unproblematisch, da der Funktionskörper eines radial oder axial bedrahteten Bau elements zumindest bei relativ dünnen Wanddicken während des Umspritzvorganges - wenn überhaupt - nicht ohne großen zusätz lichen Aufwand bis zur Abkühlung der eingespritzten Thermo plaste zentriert werden kann. Die Zentrierfehler führen zu sog. "Anliegern", bei welchen der Funktionskörper bzw. der Wickel an einer Wand eines Hohlraumes innerhalb der verwendeten Spritz form anliegt und deshalb nicht vollständig umspritzt wird. Ge genwärtig werden von außen gesteuerte Auswerfer eingesetzt, wel che ein Verschieben des Funktionskörpers eines Bauelementes im Hohlraum einer Spritzform durch die eindringende flüssige Spritzmasse wenigstens teilweise verhindern sollen, indem sie den Funktionskörper unter mechanischem Druck festhalten. "Anlie ger" entstehen, wenn wegen nicht mittig liegender Funktionskör per eine unterschiedlich schnelle bzw. nicht gleichzeitige Fül lung der einzelnen Bereiche des Hüllraums zwischen Funktions körper und Spritzform auftritt. Dies wiederum führt zum Ver schieben der Funktionskörper, bis diese an eine der Wände des in der Spritzform befindlichen Hohlraumes anschlagen.

Das bekannte Verfahren ist in mehrerer Hinsicht problematisch. Zwar gewährleisten die erwähnten Auswerter eine Fixierung des Funktionskörpers, solange sie diesen auf die in der Fig. 1 ge zeichnete Weise festhalten. Um ein vollständiges Füllen des Hüllraums mit Spritzmasse zu ermöglichen, müssen schließlich aber die Auswerfer zurückgezogen werden (vgl. beiliegende Fig. 2). Mit dem Ziehen der Auswerfer beginnt die nachströmende Mas se den Funktionskörper zu verschieben. Überhaupt ist der Ein satz gesteuerter Auswerfer beim Umspritzen mit Thermoplasten schwierig, da sie wegen der schnellen Spritz- und Abkühlungs vorgänge in Bruchteilen einer Sekunde zurückgezogen werden müssen. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß die ge steuerten Auswerfer jeweils nur auf eine bestimmte Funktionskör pergröße, d. h. auf die größtmögliche Dicke des zu umspritzen den Funktionskörpers abgestimmt werden können. Bei dünneren Funktionskörpern besteht dementsprechend wieder die Gefahr des Verschiebens. Versuche haben gezeigt, daß mit dem bisher gängi gen Verfahren eine Zentrierung bei den zur Verfügung stehenden Wanddicken (um 0,3 mm) nicht zu gewährleisten ist, da zuviele "Anlieger" auftreten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines kunststoffumspritzten elektri schen Bauelements anzugeben, das auch bei schnellhärtenden Thermoplasten und Elastomeren eine Fixierung des Funktions körpers während des Umspritzvorganges ohne allzu großen Aufwand gewährleistet und somit "Anlieger" weitestgehend vermeidet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren der eingangs ange gebenen Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß an zwei gegenüberliegenden großen Mantelflächen des Hohlraumes posit ionierte Tunnelangußdüsen mit flüssigem Umspritzmaterial ge speist werden derart, das gleich starke Masseströme auf die gegenüberliegenden großen Flächen des Funktionskörpers treffen, wodurch er während des Umspritzvorganges durch diesen selbst mittig im Hohlraum gehalten wird und zusätzliche Zentriermittel nicht erforderlich werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfah rens ist dadurch gekennzeichnet, daß gleich starke Masseströme dadurch gewährleistet werden, daß die Tunnelangußdüsen durch gleich lange Verteilerkanäle für das flüssige Umspritzmaterial gespeist werden.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoffma terial bei druckempfindlichen Funktionskörpern auch thermopla stische Elastomere, Kautschuk und entsprechende Blends verwen det werden können. Druckempfindliche Funktionskörper sind bei spielsweise Folienwickel, Ferrite, Heiß- und Kaltleiter, sowie Oberflächenwellen-Filter.

Durch die Erfindung wird die ihr zugrundeliegende Aufgabe in befriedigender Weise gelöst. Es ist gerade die Kraftwirkung der Masseströme des Spritzmaterials - bisher die Ursache des Ver schiebens des Funktionskörpers bis hin zur Hohlraumwand - , die jetzt zur Aufrechterhaltung eines die Zentrierung bewirkenden Kräftegleichgewichts eingesetzt wird. Die Erfindung beruht dem nach auf dem Gedanken einer Selbstzentrierung des Funktionskör pers unter Einwirkung der Masseströme. Füllstudien zeigten, daß bei dem erfindungsgemäß durchgeführten Verfahren keine "Anlie ger" mehr vorkommen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß im Falle eines Funktionskörpers, der vor dem Um spritzvorgang nicht mittig im Hohlraum liegt keine zusätzliche Verschiebung des Funktionskörpers durch den Umspritzvorgang auftritt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren darge stellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform zur Durchfüh rung des bekannten Verfahrens,

Fig. 2 dieselbe Ausführungsform mit während des Einspritzvor ganges zurückgezogenem Auswerfer,

Fig. 3 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Umspritzverfahrens.

In Fig. 1 sind der obere Teil 1 und der untere Teil 2 der Spritz form angedeutet, die an einer Formtrennung 16 zusammenstoßen. Im Schnitt gezeichnet ist ein Kondensatorwickel 3 mit Stromzu führungsdrähten 4, der sich in einem Hohlraum 5 innerhalb der Spritzform 1 und 2 befindet. Die flüssige Spritzmasse 8 strömt, aus einem Verteilerkanal 6 kommend, durch eine Angußdüse 7 in den Hohlraum 5 ein. Sie verteilt sich dort mehr oder weniger gleichmäßig, ausgenommen dort, wo sich der von oben und unten an den Kondensatorwickel 3 angreifende Ausstoßer 9 befindet.

Fig. 2 zeigt in einer durch die Richtung der Stromzuführungs drähte 4 definierten Perspektive die Vorrichtung zur Durch führung des bekannten Verfahrens zu einem späteren Zeitpunkt. Der Auswerfer 9 ist in einer vom Kondensatorwickel zurückge zogenen Stellung gezeigt, so daß die einströmende Spritzmasse 8 den ganzen verbleibenden Hohlraum ausfüllen kann. In der Praxis kommt es häufig, abweichend von der Zeichnung, zu beliebigen Verlagerungen des Kondensatorwickels 3 im Hohlraum 5.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung des er findungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Gezeigt sind der obere Teil 1 und der untere Teil 2 einer Spritzform, die an der Form trennung 16 zusammenstoßen. In der Spritzform 1 und 2 befindet sich ein Hohlraum 5 mit rechteckigem Querschnitt, in dem ein Kondensatorwickel 3 mit Stromzuführungsdrähten 4 eingebettet ist. Die flüssige einströmende Spritzmasse 8 wird über einen ersten 10 und einen zweiten 11 Verteilerkanal und damit verbun dene Tunnelangußdüsen 12 und 13 zugeführt. Die Tunnelangußdüsen 12 und 13 sind jeweils etwa in die Mitte der großen Mantelflä chen 14 und 15 des Hohlraumes 5 gesetzt. Das Wirkungsprinzip des Zentrierverfahrens beruht auf dem Kräftegleichgewicht der durch die beiden Tunnelangußdüsen 12 und 13 erzeugten Masse ströme. Der Hüllraum zwischen dem Kondensatorwickel 3 und der Mantelfläche des Hohlraums 5 wird gleichmäßig von der einströ menden Spritzmasse 8 aufgefüllt.

Die Tunnelangußdüsen 12 und 13 werden beim Öffnen der Formen, das eventuell auch an einer weiteren Formtrennung 17 erfol gen kann, automatisch von der Umhüllung des Kondensators abge trennt und hinterlassen an diesem nur eine kleine punktförmige Markierung. Im Ausführungsbeispiel hat der Auswerfer 9 natür lich keinerlei Zentrierfunktion mehr, sondern dient nur noch dem Ausstoßen des fertigen Kondensators nach dem Erkalten der Spritzmasse 8.

Die Ergebnisse der bisherigen Versuche lassen keinen negativen Einfluß des durch die Tunnelangußdüsen erzeugten Spritzdrucks der Füllmasse auf die elektrischen Werte des Kondensators nach dem Umspritzvorgang oder in Bezug auf eine Änderung der Kapa zitätswerte erkennen. Offensichtlich ist für die Größe der Ka pazitätsänderung nicht die Höhe des Spritzdrucks, sondern der beim Erkalten der Kunststoffe entstehende Schwindungsdruck der Umhüllung maßgebend.

Bezugszeichenliste:

1 Oberer Teil der Spritzform
2 Unterer Teil der Spritzform
3 Funktionskörper
4 Stromzuführungsdraht
5 Hohlraum in der Spritzform 1 und 2
6 Verteilerkanal
7 Angußdüse
8 Einströmende Spritzmasse
9 Ausstoßer
10 erster Verteilerkanal
11 zweiter Verteilerkanal
12 erste Tunnelangußdüse
13 zweite Tunnelangußdüse
14 große Mantelfläche des Hohlraumes 5
15 große Mantelfläche des Hohlraumes 5
16 Formtrennung
17 Formtrennung

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines kunststoffumspritzten elek trischen Bauelements, insbesondere eines Kondensators, bei dem ein Funktionskörper (3) mit wenigstens nahezu rechtwinkligem, flachovalem oder rundem Querschnitt, der Stromzuführungsdrähte (4) aufweist, die an zwei gegenüberliegenden Seiten befestigt sind und in gleicher (radiale Bedrahtung), oder entgegenge setzter (axialer Bedrahtung) Richtung vom Funktionskörper (3) wegstehen in eine vorgefertigte aus zwei Teilen (1, 2) beste hende Spritzform, in der sich ein Hohlraum (5) mit rechtecki gem, flachovalem oder rundem Querschnitt befindet, eingesetzt wird und der verbleibende Hüllraum zwischen dem Funktionskörper (3) und Spritzform (1, 2) durch aus mindestens einer Angußdüse (7) spritzendes flüssiges Kunststoffmaterial (8) gefüllt wird, wobei ein durch den Umspritzvorgang bedingtes Verschieben des Funktionskörpers (3) aus seiner mittigen Lage im Hohlraum (5) durch zentrierende Maßnahmen verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß an zwei gegenüberliegenden großen Mantelflächen (14, 15) des Hohlraumes (5) positionierte Tunnelangußdüsen (12, 13) mit flüssigem Umspritzmaterial (8) gespeist werden derart, daß gleich starke Masseströme auf die gegenüberliegenden großen Flächen des Funktionskörpers (3) treffen, wodurch er während des Umspritzvorganges durch diesen selbst mittig im Hohlraum (5) gehalten wird und zusätzliche Zentriermittel nicht erforderlich werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß gleich starke Masseströme dadurch ge währleistet werden, daß die Tunnelangußdüsen (12, 13) durch gleich lange Verteilerkanäle (10, 11) für das flüssige Um spritzmaterial (8) gespeist werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß als Kunststoffmaterial bei druckempfindlichen auch thermoplastische Elastomere, Kautschuk und entsprechende Blends verwendet werden können.