Vorrichtung zum Herstellen von mit einer Kunststoffmasse umspritzten Bauteilen und umspritztes Bauteil

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von mit einer Kunststoffmasse umspritzten Bauteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein umspritztes Bauteil.

Eine derartige Vorrichtung, ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt und dient beispielsweise dazu, elektronische Baugruppen oder Bauteile, wie auf einer Leiterplatte angeordnete Schaltungen, Chips oder ähnliches mit Kunststoff zu umspritzen, um dadurch eine gegenüber Medien bzw. äußere Einflüsse geschützte Anordnung des Bauteils bzw. der Baugruppe zu ermöglichen. Ein derartiges Herstellverfahren wird auch als„Molding-Verfahren" bezeichnet.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen sind Entlüftungskanäle vorgesehen, die insbesondere in der Trennebene von Formhälften angeordnet sind und die beim Einspritzen des (zunächst flüssigen) Kunststoffes in das Formwerkzeug den Austritt der von der Kunststoffmasse verdrängten Luft auch dem Formwerkzeug ermöglichen. Nachteilig hierbei ist, dass zum einen die Größe der Entlüftungskanäle nicht beliebig groß gewählt werden kann, da ansonsten der Austritt von Kunststoffmasse aus den Entlüftungskanälen nicht ausgeschlossen werden kann und zum anderen die Anordnung der Entlüftungskanäle in der Trennebene des Formwerkzeuges, je nach Gestalt des Bauteils sowie anderen Parametern, keine optimale Entlüftung des Formwerkzeuges gewährleistet, so dass Lufteinschlüsse in der erstarrten Kunststoffmasse nicht ausgeschlossen sind, was die Qualität bzw. Robustheit des Bauteils negativ beeinflussen kann. Offenbarung der Erfindung

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Auf- gäbe zugrunde, eine Vorrichtung zum Herstellen von mit einer Kunststoffmasse umspritzten Bauteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine zuverlässige Entlüftung des Formwerkzeuges ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum Herstellen von mit einer Kunststoffmasse umspritzten Bauteilen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, durch die Anordnung eines Verschlusselementes in dem Entlüftungskanal, welches den Austritt von Kunststoffmasse aus dem Entlüftungskanal verhindert, den Entlüftungskanal derart ausbilden zu können, dass dieser einen derartigen Querschnitt aufweist, dass die in dem Formwerkzeug beim Einspritzen der Kunststoff masse befindliche Luft in je- dem Falle sicher aus dem Formwerkzeug entweichen kann, so dass keine Lufteinschlüsse in der ausgehärteten Kunststoffmasse entstehen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen von mit einer Kunststoffmasse umspritzten Bauteilen sind in den Unteransprü- chen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Verschlusselement als selbstverschließendes Verschlusselement ausgebildet ist.

Dadurch wird eine besonders hohe Prozesssicherheit sowie ein relativ geringer vorrichtungstechnischer Aufwand ermöglicht.

Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn sich das Verschlusselement unter Ein- Wirkung der Kunststoff masse schließt. Dadurch lässt sich ein Austritt von Kunststoffmasse durch den Entlüftungskanal des Verschlusselementes sicher vermeiden.

In einer konstruktiven Umsetzung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Verschlusselement zumindest einen elastisch verformbaren Abschnitt aufweist. Mittels eines derartigen elastischen Abschnitts lässt sich somit der Entlüftungskanal im Verschlusselement verschließen.

Um das Verschlusselement relativ einfach und preiswert herstellen zu können, ist es darüber hinaus besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Verschlusselement insgesamt aus elastischem Material, insbesondere aus Gummi, ausgebildet ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die einen besonders sicheren Austritt von Luft bzw. Gas aus dem Formwerkzeug ermöglicht, ist es darüber hinaus vorgesehen, dass das Verschlusselement außerhalb der Trennebene der wenigstens zwei Formelemente angeordnet ist. So ist es beispielsweise denkbar, das Verschlusselement in einer Ecke, oder aber an einem dem Eintrittskanal für die Kunststoffmasse gegenüberliegenden Bereich des Formwerkzeugs anzuord- nen.

In einer ersten alternativen Ausgestaltung des Verschlusselements ist es denkbar, das Verschlusselement als Einlegeteil für die Formelemente auszubilden. Insbesondere bei preiswert herstellbaren Verschlusselementen sind diese Ver- Schlusselemente dann zum einmaligen Gebrauch vorgesehen. Dadurch, dass diese als Einlegeteil ausgebildet sind, können sie dabei relativ einfach aus dem Formwerkzeug entnommen bzw. in das Formwerkzeug eingelegt werden, wodurch der Handlingsaufwand relativ gering ist. Alternativ hierzu ist es jedoch auch denkbar, dass das Verschlusselement als

Bestandteil des umspritzten Bauteils, insbesondere als Steckerkörper, ausgebildet ist. In diesem Fall ist der Handlingsaufwand beim Umspritzen der Bauteile insofern minimiert, als keine zusätzlichen, separaten Einlegeteile bzw. Verschlusselemente verwendet werden müssen.

Die Erfindung umfasst auch ein Bauteil, das mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt ist. Ein derartiges Bauteil hat den Vorteil, dass Lufteinschlüsse im Bauteil vermieden werden können, so dass es besonders sicher und zuverlässig arbeitet. Weiterhin kann es, je nach Ausbildung bzw. Anordnung des Verschlusselementes auch möglich sein, von den Entlüftungskanälen herrührende Strukturen an wenig störenden Orten des Bauteiles anzuordnen. Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.

Diese zeigen in:

Fig. 1 und 2 ein vereinfacht dargestelltes Formwerkzeug zum Herstellen von umspritzten Bauteilen im Längsschnitt vor und nach dem Einspritzen von Kunststoff masse in das Formwerkzeug und

Fig. 3 und 4 ein gegenüber den Fig. 1 und 2 modifiziertes Formwerkzeug bzw. modifizierte Verschlusselemente vor bzw. nach dem Einspritzen von Kunststoffmasse in das Formwerkzeug.

Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den selben Bezugsziffern versehen.

In den Fig. 1 und 2 ist eine erste Vorrichtung 10 zum Herstellen von mit einer Kunststoffmasse 1 umspritzten Bauteilen 5 dargestellt. Ein Verfahren unter Verwendung einer derartigen Vorrichtung 10 wird auch als„Molding-Verfahren" bezeichnet und findet z.B. in der Kraftfahrzeugindustrie Anwendung für Bauteile 5, welche vor dem Einfluss von Medien, wie Säuren, Feuchtigkeit oder ähnlichem geschützt werden müssen. Als Bauteile 5 seien hierbei beispielhaft und nicht einschränkend elektronische Bauteile bzw. Baugruppen wie Chips, Leiterplatten o.ä. genannt. Selbstverständlich sind auch andere Bauteile, auch für andere industrielle Anwendungen, mittels eines derartigen Verfahrens vor äußeren Einflüssen geschützt herstellbar.

Bei der Kunststoffmasse 1 handelt es sich um eine Kunststoff masse 1 , welche im Verarbeitungszustand flüssig bzw. pastös ist, und im Endzustand, nach deren Aushärtung, im festen Zustand vorliegt und dabei das Bauteil 5 zumindest teil- weise, vorzugsweise vollständig, umgibt. Die Vorrichtung 10 weist u.a. ein Formwerkzeug 1 1 auf, das im dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei, in Richtung des Doppelpfeils 12 bewegbaren Formhälften 13 und 14 besteht. Die untere Formhälfte 13 und die obere Formhälfte 14 weisen auf den einander zugewandten Seiten eine gemeinsame Trenn- ebene 15 auf, an denen die beiden jeweiligen Seiten der Formhälften 13 und 14 dicht aneinander anschließen. Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich bzw. denkbar, mehr als zwei Formhälften 13 und 14 bzw. Formteile zu verwenden. In den beiden Formhälften 13 und 14 ist jeweils eine, im Ausführungsbeispiel topfartige Ausnehmung 17, 18 ausgebildet. Die beiden Ausnehmungen 17 und 18 sind für die äußere Form des von der Kunststoff masse 1 umspritzten Bauteils 5 maßgeblich. Weiterhin weist im Ausführungsbeispiel die obere Formhälfte 14 eine Durchgangsöffnung 19 auf, durch die die flüssige bzw. pastöse Kunststoff- masse bei geschlossenen Formhälften 13 und 14 in das Formwerkzeug 1 1 eingebracht werden kann. Auch ist es im Rahmen der Erfindung selbstverständlich denkbar, mehr als eine Durchgangsöffnung 19 im Formwerkzeug 1 1 vorzusehen. Weiterhin ist die Platzierung sowie der Durchmesser der Durchgangsöffnung 19 dem jeweiligen Anwendungsfall anzupassen.

In einer Seitenwand 21 bzw. 22 der beiden Formhälften 13 und 14 ist jeweils ein stegartiger Wandabschnitt 23 und 24 ausgebildet. Die beiden Wandabschnitte 23 und 24 wirken mit einem Verschlusselement 25 zusammen. Das Verschlusselement 25 ist vorzugsweise insgesamt gesehen aus einem elastischen Material, insbesondere aus gummielastischem Material, ausgebildet und weist mittig, d.h. in der Ebene der Trennebene 15 des Formwerkzeugs 1 1 einen Entlüftungskanal 27 auf. Der Entlüftungskanal 27 verbindet den von den Ausnehmungen 17 und 18 der Formhälften 13 und 14 umschlossenen Innenraum des Formwerkzeugs 1 1 mit der Umgebung. Die Querschnittsform des Entlüftungskanals 27 kann prin- zipiell unterschiedliche Formen aufweisen, im einfachsten Fall ist sie rund ausgebildet.

Das Verschlusselement 25 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 als Einlegeteil ausgebildet, d.h., dass nach der Herstellung ei- nes von der Kunststoffmasse 1 umschlossenen Bauteils 5 das Verschlusselement

25 aus dem Formwerkzeug 1 1 entnommen wird und zur Herstellung eines neuen Bauteils 5 ein neues Verschlusselement 25 in das Formwerkzeug 1 1 eingelegt wird.

In dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Verschlussele- ment 25 eine zylindrische bzw. hülsenförmige Form auf. Hierbei ragt in die Ausnehmungen 17 und 18 der Formhälften 13 und 14 ein Abschnitt 28 des Verschlusselements 25 hinein, der kegelförmig ausgebildet ist. Die Spitze 30 des Abschnitts 28 fällt mit der Achse des Entlüftungskanals 27 zusammen. In der Fig. 1 ist der Zustand dargestellt, bei der die Formhälften 13 und 14 gegeneinander verfahren sind, d.h. ein geschlossenes Formwerkzeug 1 1 ausbilden. Das Bauteil

5 ist bereits innerhalb des Formwerkzeugs 1 1 angeordnet, jedoch ist noch keine Kunststoffmasse 1 in das Formwerkzeug 1 1 eingespritzt. Man erkennt, dass in diesem Zustand der Entlüftungskanal 27 geöffnet ist. Wird nun Kunststoffmasse 1 über die Durchgangsöffnung 19 der oberen Formhälfte 14 in das Formwerkzeug 1 1 eingespritzt bzw. eindosiert, so kann die in dem (geschlossenen) Formwerkzeug 1 1 befindliche Luft (bzw. befindliches Gas) zunächst vollständig durch den Entlüftungskanal 27 des Verschlusselements 25 in das Äußere gelangen bzw. in die Umgebung verdrängt werden. Sobald eine bestimmte Menge Kunststoffmasse 1 mit dem kegelförmigen Abschnitt 28 des

Verschlusselements 25 zusammenwirkt wird der Entlüftungskanal 27 in Folge der Form des Abschnitts 28 auf der den Ausnehmungen 17 und 18 zugewandten Seite aufgrund des verformbar ausgebildeten Abschnitts 28 verschlossen. Dieser Zustand ist in der Fig. 2 dargestellt. In dem Endzustand, bei dem das Formwerk- zeug 1 1 bzw. die Ausnehmungen 17 und 18 vollständig mit Kunststoff masse 1 ausgefüllt sind ist somit der Entlüftungskanal 27 verschlossen und es wird ein Austritt von Kunststoffmasse 1 durch den Entlüftungskanal 27 verhindert.

Nach dem Aushärten der Kunststoff masse 1 werden die beiden Formhälften 13 und 14 voneinander beabstandet bzw. getrennt, so dass das umspritzte Bauteil 5 entnommen werden kann. Gleichzeitig kann das Verschlusselement 25 aus dem Formwerkzeug 1 1 entnommen bzw. vom Bauteil 5 entfernt werden.

In dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verschlusselement 25 in der Trennebene 15 des Formwerkzeugs 1 1 angeordnet. Es liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, die Anordnung des Verschlüssele- ments 25 nicht nur in der Trennebene 15 des Formwerkzeugs 1 1 vorzusehen, sondern an jedem anderen Ort der Vorrichtung 10 bzw. des Formwerkzeugs 1 1 , insbesondere in Ecken oder schwierig zugänglichen Stellen des Formwerkzeugs 1 1 , an denen ansonsten der Austritt von Luft oder Gas aus dem Formwerkzeug 1 1 infolge eindringender Kunststoff masse 1 erschwert ist. Insbesondere ist es auch denkbar, mehrere, gegebenenfalls unterschiedlich geformte bzw. dimensionierte Verschlusselemente 25 an der Vorrichtung 10 bzw. in dem Formwerkzeug 1 1 vorzusehen. In den Fig. 3 und 4 ist eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung 10a dargestellt.

Die Vorrichtung 10a weist ein Verschlusselement 25a auf, das eine topfförmige Form aufweist. Hierbei weist das Verschlusselement 25a eine umlaufende Wand

32 auf, an die sich ein Bodenabschnitt 33 anschließt. Der Bodenabschnitt 33 ist auf der der Wand 32 zugewandten Seite beispielhaft kegelförmig ausgebildet und weist mittig ein Entlüftungskanal 27a auf. Der Entlüftungskanal 27a ist z.B. rund oder auch mehreckig ausgebildet. Wenn der Querschnitt des Verschlusselements 25a zum Beispiel rechteckförmig ausgebildet ist, so kann auf die stegartigen Wandabschnitte 23, 24 beim Formwerkzeug 1 1 a verzichtet werden, so dass der Bodenabschnitt 33 eine Seitenwand des umspritzten Bauteils 5 ausbildet. Ebenso ist es selbstverständlich möglich, das Verschlusselement 25a zum Beispiel als zylindrischen Körper und als Einlegeteil entsprechend dem Verschlusselement 25 auszubilden.

Bei dem in der Fig. 4 dargestellten Zustand, bei der Kunststoff masse 1 in das Formwerkzeug 1 1 a eingegeben wurde, verschließt die Kunststoffmasse 1 den

Entlüftungskanal 27a des Bodenabschnitts 33 dadurch, dass der Bodenabschnitt

33 von der Kunststoffmasse 1 nach außen gedrückt wird und dabei den Entlüftungskanal 27a verschließt. Wesentlich hierbei ist, dass der Bodenabschnitt 33 eine elastische Verformung zulässt, d.h., dass zumindest der Bodenabschnitt 33 im Bereich des Entlüftungskanal 27a, vorzugsweise jedoch das gesamte Verschlusselement 25a, aus elastischem Material besteht.

Die soweit beschriebenen Vorrichtungen 10 und 10a können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht darin, ein Verschlusselement 25, 25a vorzusehen, welches eine gezielte Entlüftung der Vorrichtung 10, 10a beim Einspritzen von Kunststoffmasse 1 in die Vorrichtung 10, 10a ermöglicht und gleichzeitig einen Verschluss gewährleistet, so dass Kunststoffmasse 1 nicht aus der Vorrichtung 10, 10a austreten kann. Eine mögliche Modifikation kann zum Beispiel darin bestehen, dass das Verschlusselement 25, 25a Bestandteil des Bauteils 5 ist, beispielsweise ein Steckerkörper, der eine elektrische Kontaktierung (über ein Kabel) mit dem Bauteil 5 ermöglicht. In diesem Fall ist zumindest ein Abschnitt des Steckerkörpers elastisch ausgebildet und mit einer Durchtrittsöffnung für Luft ausgestattet. Eine wei- tere denkbare Variante besteht darin, das Verschlusselement 25, 25a nicht als

Einlegeteil (und somit ggf. nur zur Verwendung für eine bestimmte Anzahl von Bauteilen 5) vorzusehen, sondern als Bestandteil der Vorrichtung 10, 10a bzw. des Formwerkzeugs 1 1 , 1 1 a.