DE4225267C2 - Abdichtungsvorrichtung für ein elektronisches Schaltgerät - Google Patents
Abdichtungsvorrichtung für ein elektronisches SchaltgerätInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Abdichtungsvorrichtung für ein elektronisches Schaltge
rät, insbesondere einen Näherungsschalter, mit einem an einer Stirnseite geschlosse
nen Gehäuse und mit einem das Gehäuse an der offenen Stirnseite verschließenden,
mit einer Kabeldurchführung versehenen Stopfen (vgl. z. B. die DE-OS 38 18 499).
Elektrische Schaltgeräte der in Rede stehenden Art weisen eine aus elektrischen und
elektronischen Bauteilen bestehende elektrische Schaltung auf, zu der in der Regel
ein Anwesenheitsindikator gehört, z. B. ein von außen beeinflußbarer Oszillator. Die
elektrische Schaltung ist dabei ganz oder zumindest teilweise auf einem Bauteileträ
ger verwirklicht, der vorzugsweise aus einem flexiblen Material besteht. Der Anwe
senheitsindikator, beispielsweise also der Oszillator, befindet sich in der Regel an der
geschlossenen Stirnseite des Gehäuses.
Wenn es einleitend heißt, daß zu dem elektronischen Schaltgerät, mit dem sich die Er
findung befaßt, ein vorzugsweise hülsenförmiges, an einer Stirnseite geschlossenes
Gehäuse gehört, so muß dieses Gehäuse nicht einstückig ausgeführt sein. Vielmehr
sind auch solche Gehäuse gemeint, die aus einem Hülsenteil und einem separaten
Deckelteil bestehen (vgl. die DE-OS 38 18 499). Auch kann das - ein- oder mehrteilig
ausgeführte - Gehäuse von einer vorzugsweise metallischen Außenhülse umgeben
sein (vgl. die DE-OS 38 18 499).
Bei elektronischen Schaltgeräten der Art, von der die Erfindung ausgeht, ist die Re
alisierung des das Gehäuse an der offenen Stirnseite verschließenden, mit einer Ka
beldurchführung versehenen Stopfens und die Verbindung des Stopfens mit dem
Gehäuse nicht unproblematisch. Der Stopfen muß nämlich vor allem eine einwand
freie Gehäuse- und Kabelabdichtung gewährleisten, so daß die VDE-Schutzart IP 67
oder IP 68 ohne weiteres erreicht werden kann.
Bei elektronischen Schaltgeräten der in Rede stehenden Art ist die elektrische Schal
tung häufig von Gießharz umgeben. Auch daraus entstehen besondere Probleme in
bezug auf den Stopfen. In der Regel sind vollständig vergossene Schaltgeräte nur
durch einen erheblichen zusätzlichen Aufwand möglich, beispielsweise durch einen
sogenannten "Kanülenverguß mit Steiger".
Im übrigen führen - mit vertretbarem Aufwand nicht vermeidbare - Maßschwankun
gen des Gehäuses und des Kabels zu Problemen, und zwar sowohl bei aus elasti
schem Material bestehenden Stopfen als auch bei aus nicht elastischem Material be
stehenden Stopfen. In dem einen wie in dem anderen Fall müssen besondere Abdich
tungen vorgesehen werden, beispielsweise Dichtlippen oder O-Ringe (vgl. die DE-OS
38 18 499).
Schließlich muß bei den elektronischen Schaltgeräten, mit denen sich die Erfindung
befaßt, eine sogenannte Kabelzugentlastung verwirklicht werden. Das geschieht in
der Regel einerseits durch eine Fixierung der Kabeladern, andererseits durch eine Fi
xierung des Kabelmantels; in beiden Fällen trägt der Stopfen zur Kabelzugentlastung
wenig bei.
Aus der DE-OS 40 17 077 ist als nächstkommender Stand der Technik eine Abdich
tungsvorrichtung für ein elektronisches Schaltgerät bekannt, bei der ein die Stirnseite
eines Gehäuses verschließender Stopfen aus einem Thermoplast besteht, der um ein
teilweise abisoliertes Kabel gespritzt wird, wobei das Kabel im Bereich des vollstän
dig abisolierten, bereits verzinnten Leiters mit einer Schmelzkleberschicht umgeben
ist. Beim Umspritzen des Kabels mit dem Thermoplasten entsteht eine innige Verbin
dung zwischen der Schmelzkleberschicht und dem Thermoplasten. Problematisch ist
bei dieser bekannten Abdichtungsvorrichtung für ein elektronisches Schaltgerät, daß
einerseits die Herstellung relativ aufwendig ist und andererseits lediglich eine gute
Abdichtung für die Kabeldurchführung nicht jedoch für die Verbindung des Stopfens
mit dem Gehäuse gewährleistet ist.
Die Abdichtung von Kabeldurchführungen ist beispielsweise auch aus der DE-OS 33
41 618 und der DE-PS 35 01 243 bekannt. Hier ist jeweils die Abdichtung einer Ver
bindungsstelle zwischen zwei Kabeln mit Hilfe einer schrumpfbaren Kabelmuffe of
fenbart, wobei der Raum innerhalb der Kabelmuffe zumindest teilweise mit Schmelz
kleber ausgefüllt wird, um eine Abdichtung und Zugentlastung für die Kabelverbin
dung zu gewährleisten.
Schließlich ist aus der DE-OS 39 36 956 ein Verfahren zum Umschließen einer Ver
bindungsstelle elektrisch leitender Elemente mit einem Schmelzkleber bekannt. Die
hier beschriebene Umhüllung dient jedoch lediglich der elektrischen Isolation der
elektrisch leitenden Elemente.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die zuvor erläuterte, zum Stand der
Technik gehörende Abdichtungsvorrichtung für ein elektronische Schaltgerät in be
zug auf den Stopfen, in bezug auf die "Verbindung" des Stopfens mit dem Gehäuse
und in bezug auf den Anschluß des Kabels, insbesondere in bezug auf die Kabelzug
entlastung, zu verbessern.
Das erfindungsgemäße elektronische Schaltgerät, bei dem die zuvor hergeleitete und
dargestellte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im wesentlichen dadurch gekenn
zeichnet, daß der Stopfen zumindest teilweise aus einem Schmelzkleber besteht.
Schmelzkleber sind lösungsmittelfreie, thermoplastische Einkomponenten-Klebstoffe,
die ihren Aggregatzustand durch Erwärmung von fest nach flüssig ändern. Schmelz
kleber gibt es vor allem auf der Basis von EVA = Ethylenvinylacetat-Copolymer, PA
= Polyamid, aPO = Amorphe Poly-Alpha-Olefine, TK = Thermoplastischer Kautschuk
und PU = Prepolymer aus Polyesterurethan. Sie zeichnen sich aus durch eine abso
lute Abdichtung gegen Feuchtigkeit, hohe Wärmestandfestigkeit, exzellentes Tempe
raturverhalten, sehr gute Haftung auf unterschiedlichen Materialien, hohe Alterungs
beständigkeit, hohe Chemikalienbeständigkeit, Spannungsrißbeständigkeit, Pilz- und
Fäulnisbeständigkeit sowie sehr gute Verarbeitungseigenschaften.
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre der Erfindung ergeben sich aus den
dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüchen. Im übrigen wird die Erfin
dung im folgenden anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeich
nung nochmals - und ergänzend - erläutert; es zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch das stopfenseitige Ende eines ersten Ausführungs
beispiels eines elektronischen Schaltgeräts,
Fig. 2 einen Schnitt durch das stopfenseitige Ende eines zweiten Ausführungs
beispiels eines elektronischen Schaltgeräts,
Fig. 3 einen Schnitt durch das stopfenseitige Ende eines dritten Ausführungs
beispiels eines elektronischen Schaltgeräts,
Fig. 4 einen Schnitt durch das stopfenseitige Ende eines vierten Ausführungs
beispiels eines elektronischen Schaltgeräts, jedoch ohne das Gehäuse,
und
Fig. 5 einen Schnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel eines elektroni
schen Schaltgeräts.
Die Figuren zeigen ein elektronisches Schaltgerät, insbesondere einen Näherungs
schalter, mit einem - nur teilweise dargestellten - hülsenförmigen, an der nicht darge
stellten Stirnseite geschlossenen Gehäuse 1 und mit einem das Gehäuse 1 an der offe
nen Stirnseite verschließenden, mit einer Kabeldurchführung 2 versehenen Stopfen 3.
Nicht dargestellt ist der "wesentliche Inhalt" des Gehäuses 1, nämlich eine aus elektri
schen und elektronischen Bauteilen bestehende elektrische Schaltung, die zumindest
teilweise auf einem Bauteileträger 4 verwirklicht ist. Durch die Kabeldurchführung 2
des Stopfens 3 ist ein Kabel 5 bis an den Bauteileträger 4 herangeführt.
Erfindungsgemäß besteht der Stopfen 3 zumindest teilweise aus einem Schmelzkle
ber, also einem lösungsmittelfreien, thermoplastischen Einkomponenten-Klebstoff, der
seinen Aggregatzustand durch Erwärmung von fest nach flüssig ändert, beim Abküh
len wieder fest wird und dann eine tragfähige Verbindung zum Gehäuse 1 ergibt.
In den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen besteht der Stopfen 3
vollständig aus einem Schmelzkleber.
Denkbar wäre, den - aus einem Schmelzkleber bestehenden - Stopfen an das Gehäuse
anzuspritzen. Vorteilhafter ist jedoch die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausfüh
rungsform, bei der der - aus einem Schmelzkleber bestehende - Stopfen 3 teilweise in
das Gehäuse 1 eingespritzt, im übrigen an das Gehäuse 1 angespritzt ist. Dabei reicht
der Stopfen 3 im Gehäuse 1 bis an die Bauteile und den Bauteileträger 4 umgebendes
Gießharz 6, ohne daß die Trennstelle zwischen dem Gießharz 6 und dem Stopfen 3, d.
h. deren Lage und Ausbildung, kritisch wäre.
Bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen elektronischer
Schalter gehört zu der im übrigen nicht dargestellten elektrischen Schaltung eine
Leuchtdiode 7, die im Stopfen 3 realisiert ist; der Stopfen 3 besteht also aus einem
transparenten Schmelzkleber. Im übrigen unterscheiden sich die in den Fig. 1 und 2
dargestellten Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer elektronischer Schaltgeräte
nur durch die Ausbildung der Leuchtdiode 7; im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist
die Leuchtdiode 7 domartig ausgeführt.
Bei dem Ausführungsbeispiel eines elektronischen Schaltgeräts, das in Fig. 3 darge
stellt ist, ist der Stopfen 3 als Formteil vorgefertigt und durch Erwärmung mit dem
Gehäuse 1 und dem Kabel 5 verbunden, - wobei eine nur partielle Erwärmung des aus
einem Schmelzkleber bestehenden Stopfens 3 ausreicht, unter Umständen auch vor
teilhaft sein kann.
Während bei den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen elektroni
scher Schaltgeräte der Stopfen 3 vollständig aus einem Schmelzkleber besteht, gilt
dagegen für das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel, daß der Stopfen 3 aus ei
nem Metall- oder Kunststoff Formteil 8 und aus einem Schmelzkleber bestehenden
Ergänzungsteil 9 besteht. Dabei weist dann das Metall- oder Kunststoff-Formteil 8
das Ergänzungsteil 9 aufnehmende Ausnehmungen 10, 11, 12 auf. Im einzelnen sind
die das Ergänzungsteil 9 aufnehmenden Ausnehmungen 10, 11, 12 als innenliegende
Erweiterung der Kabeldurchführung 2 (Ausnehmung 10), als außenliegende, ring
förmige Nut (Ausnehmung 11) und als die Ausnehmung 10 und die Ausnehmung 11
miteinander verbindende, radial verlaufende Bohrungen (Ausnehmungen 12) in dem
Metall- oder Kunststoff-Formteil 8 ausgebildet. Das hat dann die Konsequenz, daß
das - aus einem Schmelzkleber bestehende - Ergänzungsteil 9 zunächst nur in der
Ausnehmung 10 vorhanden ist, die als innenliegende Erweiterung der Kabeldurch
führung 2 ausgebildet ist. Erst nach dem Einführen des Stopfens 3 in das Gehäuse 1
und dem anschließenden Erwärmen des - aus einem Schmelzkleber bestehenden - Er
gänzungsteils 9 erstreckt sich dieses auch in die - als radiale Bohrungen ausgeführten
- Ausnehmungen 12 und über die Ausnehmungen 12 in die - als ringförmige Nut aus
gebildete - Ausnehmung 11.
Im übrigen zeigt die Fig. 4, daß das Ergänzungsteil 9 an seinem dem nicht dargestell
ten Gehäuse zugewandten Ende das Metall- oder Kunststoff-Formteil 8 übergreift.
Nach dem Einführen des Stopfens 3 in das Gehäuse und dem Erwärmen des - aus ei
nem Schmelzkleber bestehenden - Ergänzungsteils 9 des Stopfens 3 besteht über
zwei Zylindermantelflächen Haftkontakt zwischen dem Ergänzungsteil 9 des Stop
fens 3 und dem Gehäuse und damit zwischen dem Stopfen 3 und dem Gehäuse. Im
übrigen besteht Haftkontakt zwischen dem Ergänzungsteil 9 des Stopfens 3 und dem
Kabel 5 und damit zwischen dem Stopfen 3 und dem Kabel 5.
Schließlich zeigen die Fig. 1 bis 3 noch insoweit bevorzugte Ausführungsbeispiele
elektronischer Schaltgeräte, als das Gehäuse 1 im Bereich des Stopfens 3 eine innen
liegende, ringförmige Nut 13 aufweist und der Stopfen 3 in der Nut 13 des Gehäuses
1 verankert ist.
Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten elektronischen Schaltgeräte sind in bezug auf den
Stopfen 3, in bezug auf die "Verbindung" des Stopfens 3 mit dem Gehäuse 1 und in
bezug auf den Anschluß des Kabels 5, insbesondere in bezug auf die Kabelzugent
lastung, wesentlich verbessert gegenüber den elektronischen Schaltgeräten, die zum
Stand der Technik gehören und von denen die Erfindung ausgeht.
Dadurch, daß der Stopfen 3 erfindungsgemäß zumindest teilweise aus einem Schmelz
kleber besteht, ist zunächst die Realisierung des Stopfens 3 selbst besonders einfach.
Der Stopfen 3 kann, der sehr guten Verarbeitungseigenschaften der Schmelzkleber
wegen, in einfacher Weise gespritzt werden, insbesondere auch, wie dies in den Fig. 1
und 2 dargestellt ist, in das Gehäuse 1 eingespritzt und an das Gehäuse 1 angespritzt
werden. Von erheblichem Vorteil ist dabei, daß der niedrigen Viskosität wegen der
Schmelzkleber im flüssigen Zustand mit geringem Druck verarbeitet werden kann.
Dadurch werden angrenzende Teile geschont. Es kann z. B. nicht passieren, daß der
Schmelzkleber in das Kabel 5 wandert, wie das passieren kann, wenn mit relativ ho
hem Druck gearbeitet werden muß.
Bei dem elektronischen Schaltgerät ist des Weiteren die "Verbindung" des Stopfens 3
mit dem Gehäuse 1 ausgesprochen einfach zu realisieren. Weil diese "Verbindung"
dauerhaft ist und eine absolute Abdichtung gegen Feuchtigkeit gewährleistet ist,
liegt eine einwandfreie Gehäuseund Kabeldichtung vor, so daß die VDE-Schutzart IP
67 oder IP 68 problemlos erreicht wird.
Auch dann, wenn, wie bei elektronischen Schaltgeräten der in Rede stehenden Art
üblich, die elektrische Schaltung von Gießharz umgeben ist, entstehen keine beson
deren Probleme, weil der erfindungsgemäß zumindest teilweise aus einem Schmelz
kleber bestehende Stopfen 3 dann in das Gehäuse 1 eingebracht bzw. an das Ge
häuse 1 angebracht wird, wenn das elektronische Schaltgerät im übrigen fertig ist,
insbesondere also bereits - ohne Stopfen 3 - problemlos mit Gießharz gefüllt worden
ist. Soll bei elektronischen Schaltgeräten, bei denen die elektrische Schaltung von
Gießharz umgeben ist, innerhalb des Schaltgerätes ein durch Luft ausgefüllter
Freiraum nicht bleiben, so ist es ohne weiteres möglich, den Schmelzkleber in das im
übrigen "gefüllte" Gehäuse 1 einzubringen, wobei die dem Stopfen 3 zugewandte
endseitige Ausbildung des Gießharzes 6, d. h. die Trennstelle zwischen dem Gießharz
6 und dem Stopfen 3, unproblematisch ist, und zwar sowohl in bezug auf deren Lage
als auch in bezug auf deren Ausbildung. Dabei werden also dann Stopfen realisiert,
deren in das Gehäuse 1 hineinragende Enden sich entsprechend der Konfiguration
des Gießharzes 6 ausbilden.
Von erheblichem Vorteil ist desweiteren, daß - mit vertretbarem Aufwand nicht ver
meidbare - Maßschwankungen des Gehäuses 1 und des Kabels 5 nicht zu Problemen
führen, weil der aus einem Schmelzkleber bestehende Stopfen 3 sich - im flüssigen
Zustand, also nach dem Erwärmen - den vorgegebenen Maßen "anpaßt".
Schließlich ist von erheblicher Bedeutung, daß bei dem elektronischen Schaltgerät
unmittelbar durch den Stopfen 3 die Kabelzugentlastung realisiert werden kann.
Zwischen dem Kabel 5 und dem Stopfen 3 einerseits, zwischen dem Stopfen 3 und
dem Gehäuse 1 andererseits wird eine dauerhafte Verbindung realisiert, die in der
Lage ist, erhebliche Zugkräfte aufzunehmen. Das Vermögen, vom Kabel 5 resultie
rende Zugkräfte aufzunehmen, kann noch dadurch erhöht werden, daß, wie die Fig. 1
bis 3 zeigen, auch Formschluß realisiert ist, nämlich zwischen dem Stopfen 3 und dem
Gehäuse 1.
Die Fig. 5 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel eines elektronischen Schaltgerätes, dem
besondere und erhebliche Bedeutung zukommt. Bei diesem Schaltgerät weist das
Gehäuse 1, wie im Stand der Technik üblich, eine - die in dem Gehäuse 1 vorgese
henen elektrischen und elektronischen Bauteile umgebende - Füllung 14 auf, die
nicht, wie im Stand der Technik üblich, aus einem Gießharz besteht, die vielmehr, wie
erfindungsgemäß auch der Stopfen 3, aus einem Schmelzkleber besteht. Vorzugs
weise sind die Füllung 14 und der Stopfen 3 monolithisch ausgeführt.
Das zuletzt beschriebene Ausführungsbeispiel eines elektronischen Schaltgeräts ist
zwar in bezug auf das eingesetzte Material Schmelzkleber teurer als ein Schaltgerät,
bei dem die Füllung 14 aus einem Gießharz besteht. Dieser Nachteil wird jedoch
durch verschiedene Vorteile überkompensiert. Zunächst kann die Füllung 14 und der
Stopfen 3 in einem Arbeitsgang hergestellt werden. Außerdem kann eine Hohlraum
bildung zwischen der Füllung 14 und dem Stopfen 3 verhindert werden. Schließlich
ist bei dem zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem der Stopfen 3 und die
Füllung 14 monolithisch ausgeführt sind, der Stopfen 3 verdrehsicher.
Claims (14)
1. Abdichtungsvorrichtung für ein elektronisches Schaltgerät, insbesondere einen
Näherungsschalter, mit einem an einer Stirnseite geschlossenen Gehäuse und mit ei
nem das Gehäuse an der offenen Stirnseite verschließenden, mit einer Kabeldurchfüh
rung versehenen Stopfen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (3) zumindest
teilweise aus einem Schmelzkleber besteht.
2. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Stopfen vollständig aus einem Schmelzkleber besteht und an das Gehäuse ange
spritzt ist.
3. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stop
fen (3) vollständig aus einem Schmelzkleber besteht und teilweise in das Gehäuse (1)
eingespritzt, im übrigen an das Gehäuse (1) angespritzt ist,
4. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stop
fen (3) vollständig aus einem Schmelzkleber besteht, als Formteil vorgefertigt ist und
durch Erwärmung mit dem Gehäuse (1) und dem Kabel (5) verbunden ist.
5. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stop
fen (3) durch partielle Erwärmung mit dem Gehäuse (1) und dem Kabel (5) verbunden
ist.
6. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stop
fen (3) aus einem Metall- oder Kunststoff-Formteil (8) und aus einem aus einem
Schmelzkleber bestehenden Ergänzungsteil (9) besteht.
7. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Me
tall- oder Kunststoff-Formteil (8) mindestens eine das Ergänzungsteil (9) zumindest
teilweise aufnehmende Ausnehmung (10, 11, 12) aufweist.
8. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die das
Ergänzungsteil (9) zumindest teilweise aufnehmende Ausnehmung (10) als innenlie
gende Erweiterung der Kabeldurchführung (2) ausgebildet ist.
9. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die das Ergänzungsteil (9) zumindest teilweise aufnehmende Ausnehmung (11) als
außenliegende, vorzugsweise ringförmige Nut ausgebildet ist.
10. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die das Ergänzungsteil (9) teilweise aufnehmende, als innenliegende Erweiterung der
Kabeldurchführung (2) ausgebildete Ausnehmung (10) und die das Ergänzungsteil
(9) teilweise aufnehmende, als außenliegende Nut ausgebildete Ausnehmung (11)
durch mindestens eine, vorzugsweise radial verlaufende Bohrung als weitere Aus
nehmung (12) für die Aufnahme des Ergänzungsteils (9) miteinander verbunden sind.
11. Abdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Ergänzungsteil (9) an seinem dem Gehäuse (1) zugewandten Ende
das Metall- oder Kunststoff Formteil (8) überragt, vorzugsweise übergreift.
12. Abdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Gehäuse (1) im Bereich des Stopfens (3) eine innenliegende, vor
zugsweise ringförmige Nut (13) aufweist und der Stopfen (3) in der Nut (13) des Ge
häuses (1) verankert ist.
13. Abdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Gehäuse
eine - die in dem Gehäuse vorgesehenen elektrischen und elektronischen Bauteile
umgebende - Füllung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (14) aus ei
nem Schmelzkleber besteht.
14. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die
Füllung (14) und der Stopfen (3) monolithisch ausgeführt sind.
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