Verfahren zur Einbettung eines empfindlichen Bauteiles in ein Schutzgehäuse

Abstract

 Anstelle der üblichen Einbettung eines empfindlichen Bauteiles in Vergußmasse wird vorgeschlagen, ein vor­gefertigtes Schutzgehäuse zu verwenden, das einen vor­gefertigten Gehäusekörper (10) aufweist, in den das Bauteil (12) zunächst mit Spiel eingesetzt wird. Der Verformungsbereich (18) des Gehäusekörpers (10) wird plastisch deformiert, um das Bauteil (12) in axialer Richtung klemmend zu fixieren. Dann wird ein elastisch verformbarer Deckel auf dem Gehäusekörper befestigt, der das Bauteil radial gegen einen Sitz gedrückt hält. Das Schutzgehäuse eignet sich insbesondere für den Ein­satz in Geräten, die Explosivstoffe enthalten, weil während des Einbettungsvorganges keine gefährlichen Arbeitsstoffe benutzt werden und auch später keine aggressiven Harzkomponenten austreten.

Beschreibung

[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.

Ansprüche

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.

Zeichnung