[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einbettung eines empfindlichen Bauteils
in ein aus Kunststoff bestehendes Schutzgehäuse unter kraftschlüssiger Fixierung
des Bauteils in dem Schutzgehäuse.
[0002] Elektrochemische und elektronische Bauelemente müssen in Geräten, die während Transport,
Lagerung oder Funktion extremen mechanischen Belastungen (Vibration, Schock) ausgesetzt
sind, derartig eingebaut sein, daß die genannten Belastungen nicht zur Schädigung
dieser Bauelemente mit nachfolgender Unbrauchbarkeit des übergeordneten Gerätes führen.
Dies gilt in besonderem Maße für Munition. Das heutigentags allgemein akzeptierte
Verfahren zur Vermeidung vibrations- oder schockinduzierter Schädigungen der Bauelemente
macht sich die Eigenschaften bestimmter härtbarer Kunstharze zunutze, die vor dem
Aushärten (während der "Topfzeit") fließ fähig sind und nach dem Aushärten die erwünschten
mechanischen Eigenschaften aufweisen (hohe Festigkeit und Zähigkeit, hohes Schockabsorptionsvermögen
durch plastische Verformbarkeit).
[0003] Dabei geht man davon aus, daß die einzubauenden Bauelemente mit der Gerätestruktur
zu einem einheitlichen festen Körper vergossen werden müssen, damit die erwünschten
Eigenschaften erzielt werden können.
[0004] Die geforderten mechanischen Eigenschaften werden üblicherweise von Kunstharzsystemen,
z.B. Mehrkomponenten-Epoxid-Harzen, erreicht, z.T. unter Zusatz schockabsorbierender
Extender wie z.B. Mikro-Glasballons. Das Soll-Mischungsverhältnis der reaktiven Komponenten
muß in engen Grenzen eingehalten werden, wenn vermieden werden soll, daß nicht vollständig
abreagierte Mischungen resultieren; diese erreichen zum einen nicht die Sollwerte
der mechanischen Eigenschaften und können zum anderen chemische Stoffe freisetzen,
die die weiteren anwesenden Werkstoffe und Materialien, sowie im Falle von Munition,
auch die Explosivstoffe schädigen. Zur Sicherstellung des richtigen Mischungsverhältnisses
muß ein erheblicher Prüfaufwand getrieben werden. Die Betriebsmittel zum Aufbereiten
und Dosieren der reaktiven Komponenten sind technisch aufwendig und bedürfen intensiver
Wartung.
[0005] Die genannten Kunstharzsysteme erreichen die Sollwerte ihrer Eigenschaften erst im
Verlauf der Härtungsrekation, die typisch mehrere Stunden bei erhöhter Temperatur
in Anspruch nimmt. Aus diesem Grund sind zur Verarbeitung solcher Kunstharzsysteme
Temperaturkammern erforderlich, in denen die vergossenen Geräte während der Härtungsreaktion
aufbewahrt werden müssen. Diese Notwendigkeit erhöht den technischen Aufwand und stellt
einen Kapazitätsengpaß dar.
[0006] Die reaktiven Komponenten der Kunstharzsysteme sind als gefährliche Arbeitsstoffe
anzusehen, deren Verwendung erhebliche Anforderungen an die arbeitshygienische und
sicherheitstechnische Überwachung der betroffenen Arbeitsplätze stellt.
[0007] Werden Bauelemente mit Vergußmassen nach dem Stand der Technik gegen schock- oder
vibrationsinduzierte Schädigungen geschützt, dann werden im Regelfall die notwendigen
elektrischen Verbindungen (Drähte, Litzen, flexible Leiterbahnen) bündig mit umschlossen.
Wird der ausgehärtete Körper z.B. einer Schockbelastung unterworfen, die die wirkenden
Kohäsionskräfte übertrifft, so reißt die Vergußmasse und erfahrungsgemäß die umschlossenen
elektrischen Verbindungen - insbesondere flexible Leiterbahnen - ebenfalls. Auf diese
Weise können Funktionsverluste entstehen, ohne daß die zu schützenden aktiven und
passiven elektronischen Bauelement geschädigt zu sein brauchen.
[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art
zu schaffen, das ohne die Verwendung von Vergußmassen auskommt, mit geringem Aufwand
ausführbar ist und einen wirksamen Schutz des empfindlichen Bauteils gegen Schock
und Vibrationen bietet.
[0009] Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß nach dem Einsetzen
des Bauteiles in einen Sitz des vorgefertigten Gehäusekörpers mindestens ein Ver
formungsbereich des Gehäusekörpers parallel zum Sitz derart plastisch deformiert wird,
daß das Bauteil in dem Gehäusekörper festgeklemmt wird und daß der Gehäusekörper
mit einem elastisch deformierbaren Deckel verschlossen wird, der gegen das Bauteil
drückt und dieses gegen den Sitz preßt.
[0010] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine dreidimensionale kraftschlüssige
Fixierung des Bauelementes in dem Gehäusekörper in zwei Schritten, wobei Maßtoleranzen
von Schutzgehäuse und Bauelement durch elastische und/oder plastische Verformung
des Schutzgehäuses ausgeglichen werden. Dabei sind die nach dem Stand der Technik
erforderlichen aufwendigen technischen Einrichtungen zur Aufbereitung, Mischung und
Dosierung von reaktiven Kunstharzen sowie deren Aushärtung nicht nötig. Sowohl der
Gehäusekörper als auch ggf. der ihn umschließende Deckel sind vorgefertigte Teile,
die mit den üblichen Techniken, z.B. im Spritzgußverfahren, separat hergestellt werden
können und die bei dem Einbettungsprozeß vollständig ausgehärtet sind. Es besteht
daher nicht die Gefahr von Beschädigungen des eingebetteten Bauteils oder weiterer
Komponenten des übergeordneten Geräts durch aggressive Harzkomponenten. Das Bauteil
wird von dem Deckel, der hierbei elastisch deformiert wird, fest gegen den Sitz gedrückt
und hierdurch kraftschlüssig im Gehäusekörper fixiert. Vorzugsweise wird der Deckel
mit dem Gehäusekörper durch Schweiß- oder Klebefügung verbunden. Das erfindungsgemäße
Verfahren eignet sich daher insbesondere für solche Bauteile, die Explosivstoff enthalten
oder Bauteile, die zusammen mit dem Schutzgehäuse in ein Gerät, das Explosivstoff
enthält, eingesetzt werden, wie z.B. Minen oder andere Munition.
[0011] Wenn das Schutzgehäuse zum Einbau von Geräten mit Explosivstoff oder in Geräten,
die Explosivstoffe enthalten, verwendet wird, muß der Kunststoff des Schutzgehäuses
mit dem verwendeten Explosivstoff verträglich sein. Als Material für das Schutzgehäuse
eignen sich insbesondere Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisate (ABS) , Polyamide
(PA) , Polycarbonate (PC) mit oder ohne Faserverstärkung.
[0012] Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es nicht erforderlich ist,
sämtliche Elemente des gekapselten Bauteiles innerhalb des Schutzgehäuses zu fixieren.
Vielmehr genügt es, die Komponenten mit hoher Masse (z.B. Batterie, Aktivator o.dgl.)
in der beschriebenen Weise festzulegen, während Komponenten mit niedriger Masse (z.B.
Kabel, Flexprintschaltungen u.dgl.) in einem oder mehreren Hohlräumen des Gehäuses
"schwimmend" eingebaut sein können. Dadurch können sich die Komponenten mit geringer
Masse in dem Schutzgehäuse in Grenzen frei bewegen, so daß die Gefahr des Abreißens
elektrischer verbindungen bei Stoß- oder Vibrationsbelastung verringert ist.
[0013] Bei dem Bauteil, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in das Schutzgehäuse eingebettet
wird, kann es sich um eine elektrische Funktionsbaugruppe handeln, wie z.B. um den
Aktivator einer Mine. Vorzugsweise dient das Schutzgehäuse zur Aufnahme elektrischer
Komponenten, die in ein Gerät eingesetzt werden, das Explosivstoffe enthält, z.B.
in eine Mine oder einen anderen Munitionsgegenstand.
[0014] Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der
Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch das fertige Schutzgehäuse,
Fig. 2 einen Längsschnitt des Gehäusekörpers mit eingesetztem Bauteil vor der Deformierung
des Verformungsbereichs und
Fig. 3 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 2 nach Durchführung der Verformung.
[0015] Das Schutzgehäuse nach Fig. 1 weist einen trogförmigen Gehäusekörper 10 auf, der
aus Kunststoff besteht und im Spritzgußverfahren vorgefertigt ist. Der nur an der
Oberseite offene Gehäusekörper 10 weist eine Mulde auf, die den Sitz 11 für das einzubettende
Bauteil 12 bildet. Die Oberseite des Gehäusekörpers 10 ist mit dem Deckel 13 verschlossen.
Dabei wird der Deckel 13 unter Ultraschall-Einwirkung auf den Gehäusekörper 10 und
das Bauteil 12 aufgepreßt, wobei zwischen Deckel 13 und Gehäusekörper 10 die Schweißnähte
14 entstehen. Der Deckel 13 ist elastisch und drückt das Bauteil 12 radial fest gegen
den muldenförmigen Sitz 11, so daß kein radiales Spiel zwischen dem Bauteil 12 und
dem Schutzgehäuse mehr möglich ist. Der muldenförmige Sitz 11 ist bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel polygonzugähnlich gestaltet. Es ist nicht erforderlich, daß das
Bauteil 12 vollflächig an dem Sitz 11 anliegt, um die erforderliche Fixierung zu erhalten.
Wichtig ist nur, daß der Querschnitt des Hohlraums, der das Bauteil 12 aufnimmt, sich
zu dem dem Deckel 13 abgewandten Ende hin verringert.
[0016] Der Gehäusekörper 10 nach Fig. 1 weist seitlich neben dem das Bauteil 12 aufnehmenden
Hohlraum einen weiteren Hohlraum 15 auf, in dem sich kleinere Bauteile 16, z.B. Kabel,
Flexprintschaltungen u.dgl., befinden. Die Bauteile 16, die eine geringe Masse haben,
sind in dem Hohlraum 15 nicht fixiert, so daß sie sich dort frei bewegen können.
[0017] Fig. 2 zeigt den Gehäusekörper 10 unmittelbar nach dem Einsetzen des Bauteils 12.
Die Länge des Hohlraums zur Aufnahme des Bauteils 12 ist etwas größer als die Länge
dieses Bauteils, so daß zwischen einer Stirnwand des Gehäusekörpers und der zugehörigen
Stirnwand des Bauteils 12 eine Spalte 17 entsteht. Diese Stirnwand bildet den Verformungsbereich
18 (Fig. 3), der nach dem Einsetzen des Bauteils 12 bei dem ersten Schritt des Verfahrens
durch plastische Verformung in axilaer Richtung (Pfeil 19) deformiert wird und dadurch
in Querrichtung ausweicht und axial gegen die Stirnwand des Bauteils 12 drückt. Hierdurch
wird das Bauteil 12 zwischen den beiden Stirnwänden des Gehäusekörpers 10 festgeklemmt,
so daß kein axiales Spiel mehr möglich ist. Danach kann der Deckel 13 aufgeschweißt
werden, der die Öffnung des Gehäusekörpers 10 dann dichtend verschließt und bewirkt,
daß kein radiales Spiel zwischen Bauteil und Schutzgehäuse mehr möglich ist.
1. Verfahren zur Einbettung eines empfindlichen Bauteils in ein aus Kunststoff bestehendes
Schutzgehäuse unter kraftschlüssiger Fixierung des Bauteils in dem Schutzgehäuse,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Einsetzen des Bauteils (12) in einen Sitz (11) des vorgefertigten Gehäusekörpers
(10) mindestens ein Verformungsbereich (18) des Gehäusekörpers parallel zum Sitz
(11) derart plastisch deformiert wird, daß das Bauteil in dem Gehäusekörper festgeklemmt
wird, und daß der Gehäusekörper mit einem elastisch deformierbaren Deckel (13) verschlossen
wird, der gegen das Bauteil drückt und dieses gegen den Sitz (11) preßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (13) mit dem
Gehäusekörper (10) durch Schweiß- oder Klebefügung verbunden wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformierung
des Verformungsbereiches (18) durch Krafteinwirkung senkrecht zur Klemmrichtung erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformierung
des Verformungsbereiches (18) unter Wärme- oder Ultraschalleinwirkung erfolgt.
5. Schutzgehäuse für empfindliche Bauteile, mit einem Mantel aus Kunststoff, der das
Bauteil unter kraftschlüssiger Fixierung umschließt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Mantel einen das Bauteil (12) von mindestens zwei entgegengesetzten Seiten
her umfassenden Gehäusekörper (10) aufweist, welcher an mindestens einer dieser Seiten
einen Verformungsbereich (18) aufweist, der zum Festklemmen des Bauteils (12) in
Richtung auf das Bauteil plastisch deformiert ist, und daß der Gehäusekörper (10)
mit einem einstückigen Deckel (13) verschlossen ist, der gegen das Bauteil (12) drückt
und dieses unter Spannung gegen einen Sitz (11) des Gehäusekörpers (10) preßt.
6. Schutzgehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (13) mit
dem Gehäusekörper (10) durch Klebe- oder Schweißnähte fest verbunden ist.
7. Schutzgehäuse nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusekörper
(10) einen Hohlraum (15) zur Unterbringung nicht-fixierter weiterer Bauteile (16)
aufweist.