AT516609B1 - Elektrisch leitende Bauteile mit verbesserter Haftung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft elektrisch leitende Bauteile, die mindestens aus einem Rohling bestehen, der auf seiner Oberseite eine gemittelte Rautiefe Rz1 aufweist. Auf mindestens der Oberseite des Rohlings ist eine mittels Kaltgasspritzens aufgebrachte Beschichtung der Dicke s2 aufgebracht, die auf ihrer vom Rohling abgewandten Oberfläche eine gemittelte Rautiefe Rzz aufweist. Die gemittelte Rautiefe Rz2 der Beschichtung ist größer als die gemittelte Rautiefe Rz1 der Oberseite des Rohlings. Aufgrund der großen Rauheit der Beschichtung ist es möglich, eine festhaftende Verbindung des Bauteils mit einer Kunststoffplatte zu realisieren. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bauteils sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffverbunds, der aus mindestens einem elektrisch leitenden Bauteil und mit mindestens einer Kunststoffplatte besteht.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Werkstoffverbund bestehend aus mindestens einem elektrisch leitenden Bauteil und mindestens einer Kunststoff platte, die mit dem mindestens einen elektrisch leitenden Bauteil verpresst ist, wobei das elektrisch leitende Bauteil mindestens aus einem Rohling, der auf seiner Oberseite eine gemittelte Rautiefe Rzi aufweist, und aus einer mittels Kaltgasspritzens auf mindestens der Oberseite des Rohlings aufgebrachten Beschichtung der Dicke s2 besteht, welche auf ihrer vom Rohling abgewandten Oberfläche eine gemittelte Rautiefe RZ2 aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffverbunds, der aus mindestens einem elektrisch leitenden Bauteil und mit mindestens einer Kunststoffplatte besteht.

[0002] Zur Herstellung von Trägern elektrischer Schaltungen werden neben Kupferfolien und -drähten auch Bauteile verwendet, die aus elektrolytisch abgeschiedenen Kupferbändern gestanzt sind. Solche Kupferbänder werden als ED-Kupferfolien bezeichnet. Die Seite einer ED-Kupferfolie, die beim Aufwachsen auf die Trommel dem Elektrolyten zugewandt ist, zeichnet sich durch eine große Rauheit aus. Die Rauheit hat ihre Ursache in der verfahrensbedingten, dendritischen Struktur der aufgewachsenen Kristalle. Bei der Herstellung von Schaltungsträgern wird das elektrisch leitende Bauteil auf seiner rauen Seite mit einer Kunststoffplatte aus faserverstärktem Epoxidharz bei ca. 180 °C verpresst. Dabei muss eine ausreichende Haftfestigkeit zwischen dem Kunststoff und dem elektrisch leitenden Bauteil erreicht werden. Die Haftfestigkeit wird mit einem Schältest (Peel-Test) ermittelt und muss mindestens 0,8 N/mm betragen. Die große Rauheit der ED- Kupferfolie, aus der das Bauteil gestanzt wurde, ist maßgeblich für die Haftfestigkeit des Bauteils mit der Kunststoff platte. Beim Verpressen verkrallt sich der Kunststoff in der rauen Oberfläche des Bauteils.

[0003] Elektrisch leitende Bauteile für Schaltungsträger werden üblicherweise aus Kupferbändern mit einer Dicke von 0,1 mm bis 2,5 mm gestanzt. Für Hochstromanwendungen und Anwendungen mit Wärmeableitung durch die Leiterbahnen werden bevorzugt Bauteile mit einer Dicke von 0,5 mm bis 2,5 mm verwendet. ED-Kupferfolien sind in diesem Dickenbereich herstellungsbedingt teurer als gewalzte Kupferbänder. Die Verwendung von gewalzten Kupferbändern ist problematisch, da die Haftung des Kunststoffs auf der relativ glatten Oberfläche von gewalzten Kupferbändern nicht ausreichend ist. Versuche, die Rauheit von gewalzten Kupferbändern durch mechanisches oder chemisches Bearbeiten der Oberfläche zu erhöhen, führten bislang nicht zu einer ausreichenden Haftfestigkeit des Kunststoffs auf dem Kupferband.

[0004] Aus EP 0 484 533 B1 ist bekannt, dass mittels Kaltgasspritzens Beschichtungen auf metallische Werkstücke aufgebracht werden können. Beim Kaltgasspritzen werden die Spritzpartikel in einem vergleichsweise kalten Trägergas in einer Laval-Düse auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt. Die Beschichtung wird mit dem Auftreffen der Partikel auf das Werkstück gebildet, wobei die Partikel beim Aufprall eine dichte und festhaftende Schicht bilden. Die plastische Verformung und die daraus resultierende lokale Wärmefreisetzung sorgen dabei für sehr gute Kohäsion und Haftung der Spritzschicht auf dem Werkstück.

[0005] DE 199 18 758 B4 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung einer Korrosionsschutzschicht. Dabei werden Karosserieteile mit auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigten Zinkoder Zinnpartikeln bestrahlt. Als vorteilhaft wird erwähnt, dass durch ein derartiges Depositionsverfahren relativ glatte Oberflächen erzielt werden.

[0006] Der EP 1 398 394 A1 ist zu entnehmen, dass Nickel- oder Kobalt-Superlegierungen, die in Gasturbinen verwendet werden, mittels Kaltgasspritzens mit Legierungen, die Aluminium, Chrom und weitere Elemente enthalten, beschichtet werden können. Bei Schichtdicken zwischen 0,1 und 0,2 mm konnten sehr glatte Oberflächen mit Rauheit kleiner 8 pm erreicht werden.

[0007] DE 197 47 386 A1 beschreibt ein Verfahren zum thermischen Beschichten von Substratwerkstoffen. Die mit Kaltgasspritzen hergestellten Beschichtungen haften sehr gut auf den verschiedensten Substratwerkstoffen, sie weisen eine geringe Porosität auf und besitzen extrem glatte Spritzoberflächen. Unter anderem wird das Spritzen von Metallpulver auf Kunststoff erwähnt. Aus der resultierenden glatten Spritzoberfläche erhält der Fachmann jedoch keinen Hinweis darauf, dass eine gespritzte Metalloberfläche nachträglich mit einer Kunststoffplatte verpresst werden kann, so dass ein für Schaltungsträger geeigneter Werkstoffverbund entsteht.

[0008] In DE 100 45 783 A1 wird ein Verfahren zum Herstellen von Werkstücken beschrieben, welche der Leitung von elektrischem Strom dienen und mit einem überwiegend metallischem Material beschichtet sind. Die metallischen Schichten, die durch Flammspritzen oder Kaltgasspritzen erzeugt werden, gehören insbesondere der Familie der Hartlote an und unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung vom Werkstoff des Substrats. Für einen nachfolgenden Lötprozess spielt die Rauheit der aufgespritzten Schicht nur eine untergeordnete Rolle, so dass der Fachmann aus dieser Schrift keinen Hinweis darauf erhält, derartige Beschichtungen aufzutragen, um die Haftfestigkeit zwischen einem metallischen Leiter und einer Kunststoff platte zu verbessern.

[0009] Weitere Verfahren zur Beschichtung mittels Kaltgasspritzen zur Herstellung von elektrisch leitenden Bauteilen gehen aus der US 2008/220373 A1 und DE 10 2008 006 495 A1 hervor.

[0010] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoffverbund bestehend aus mindestens einem elektrisch leitenden Bauteil und mindestens einer Kunststoffplatte, wobei das elektrisch leitende Bauteil eine verbesserte Haftung auf der Kunststoffplatte besitzt, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffverbunds aus einem verbesserten elektrisch leitenden Bauteil und einer Kunststoffplatte anzugeben.

[0011] Die Erfindung wird bezüglich des Werkstoffverbundes durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens zur Herstellung eines Werkstoffverbunds durch die Merkmale des Anspruchs 10 bzw. durch die Merkmale des Anspruchs 16 wiedergegeben. Die weiteren rückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.

[0012] Die Erfindung schließt einen Werkstoffverbund umfassend mindestens ein elektrisch leitendes Bauteil ein, das mindestens aus einem Rohling besteht, der auf seiner Oberseite eine gemittelte Rautiefe Rz1 aufweist. Auf mindestens der Oberseite des Rohlings ist eine mittels Kaltgasspritzens aufgebrachte Beschichtung der Dicke s2 aufgebracht, die auf ihrer vom Rohling abgewandten Oberfläche eine gemittelte Rautiefe RZ2 aufweist. Die gemittelte Rautiefe RZ2 der Beschichtung ist größer als die gemittelte Rautiefe Rzi der Oberseite des Rohlings und die gemittelte Rautiefe Rz2der Beschichtung beträgt mindestens 10 pm.

[0013] Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass zur Herstellung von Werkstoffverbunden, die als funktionalen Bestandteil elektrisch leitende Elemente enthalten, metallische Bauteile mit Kunststoffplatten aus faserverstärktem Epoxidharz bei Temperaturen von ca. 180°C verpresst werden. Dabei muss eine ausreichende Haftfestigkeit zwischen dem Kunststoff und dem elektrisch leitenden Bauteil erreicht werden. Beim Verpressen geht das Material der Kunststoffplatte in einen plastischen Zustand über, fließt in die Unebenheiten der Oberfläche des elektrisch leitenden Bauteils und füllt die Hohlräume aus. Je ausgeprägter die Rauheit der Oberfläche des elektrisch leitenden Bauteils ist, desto stärker verkrallt sich das Material der Kunststoffplatte in der Oberfläche des elektrisch leitenden Bauteils. Der Begriff Kunststoffplatte umfasst hierbei starre und flexible Kunststoffplatten, Laminate und Verbünde aus mehreren Lagen von Kunststoffschichten.

[0014] Elektrisch leitende Elemente, die aus einem durch Walz- und/oder Ziehprozesse hergestellten, metallischen Halbzeug hergestellt sind, besitzen eine sehr glatte Oberfläche, so dass es nicht möglich ist, eine hinreichend große Haftfestigkeit derartiger Elemente auf Kunststoffplatten zu erzielen. Um solche Elemente für die Herstellung von Verbunden mit Kunststoffplatten verwenden zu können, ist es erforderlich, ihre Oberfläche durch eine geeignete Behandlung zu konditionieren. Im Folgenden wird ein elektrisch leitendes Element vor der Konditionierung seiner Oberfläche als ‘Rohling' bezeichnet. Versuche haben gezeigt, dass mittels Kaltgassprit-zens auf metallische Rohlinge Beschichtungen aufgebracht werden können, die auf der vom Rohling abgewandten Oberfläche eine große Rauheit aufweisen. Wählt man als Maß für die Rauheit die gemittelte Rautiefe Rz, dann ist die gemittelte Rautiefe Rz2 der durch Kaltgasspritzen aufgetragenen Beschichtung deutlich größer als die gemittelte Rautiefe Rzi der unter der Beschichtung liegenden, ursprünglich unbeschichteten Oberfläche des Rohlings. Durch Kaltgasspritzen können also elektrisch leitende Elemente, die aus einem umformtechnisch erzeugten, metallischen Halbzeug hergestellt wurden, so beschichtet werden, dass ihre Oberfläche für das Verpressen mit einer Kunststoffplatte ausreichend rau ist.

[0015] Bei Werkstoffverbunden mit mehreren Lagen von Kunststoffplatten kann das elektrisch leitende Bauteil abgesehen von Stellen zur Kontaktierung vollständig von Kunststoff umgeben und zweiseitig verpresst sein. Für derartige Verbünde kann es zweckmäßig sein, den Rohling mit mehr als einer mittels Kaltgasspritzens aufgebrachten Beschichtung zu versehen, um so die Voraussetzung für eine ausreichend große, allseitige Haftung nach dem Verpressen zu schaffen.

[0016] In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann der Rohling aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen. Für elektrisch leitende Elemente werden aufgrund der hohen Leitfähigkeit vielfach Kupferwerkstoffe mit einer Reinheit von mindestens 99,95 % eingesetzt. Die restlichen Bestandteile sind Phosphor, der zur Desoxidation zugesetzt wird, und unvermeidbare Verunreinigungen, die keine beabsichtigte Wirkung haben. In Anwendungen, in denen die elektrisch leitenden Bauteile besonderen mechanischen Anforderungen genügen müssen, werden oft Kupferlegierungen mit Zusätzen von Zinn, Nickel, Magnesium, Chrom, Silber, Eisen, Titan oder Silizium verwendet.

[0017] In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann der Rohling des elektrisch leitenden Bauteils ein Stanzteil sein. Der Rohling kann aus einem bandförmigen, metallischen Halbzeug, insbesondere aus einem gewalzten Band aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gestanzt sein. Solche Bänder sind in großer Abmessungs- und Werkstoffauswahl in hoher Qualität und zu günstigen Kosten herstellbar. Üblicherweise ist die Breite des Stanzteils mindestens so groß wie seine Dicke Si, die der Dicke des bandförmigen Halbzeugs entspricht. Es können Bänder mit einer Dicke zwischen 0,1 und 2,5 mm, bevorzugt zwischen 0,5 und 2,0 mm verwendet werden. Die Beschichtung erfolgt bei dieser Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt auf mindestens einer der beiden Seiten des Bauteils, die den Oberflächen des bandförmigen Halbzeugs entspricht.

[0018] Eine alternative, bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Rohling des elektrischen Bauteils einen Drahtabschnitt umfassen kann. Insbesondere kann der Drahtabschnitt aus einem gezogenen Draht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt sein. Solche Drähte sind in großer Abmessungs- und Werkstoffauswahl in hoher Qualität und zu günstigen Kosten herstellbar. Neben Drähten mit rundem Querschnitt kann es besonders vorteilhaft sein, Flachdrähte zu verwenden. Bei Flachdrähten ist es günstig, die Beschichtung auf mindestens einer der Breitseiten des Drahts aufzubringen.

[0019] Vorteilhafterweise kann die Beschichtung vollflächig auf der Oberseite des Rohlings aufgebracht sein. Dadurch wird ein Bauteil generiert, das nach dem Verpressen einen fest haftenden Verbund mit der Kunststoffplatte gewährleistet. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Beschichtung zumindest teilweise auch auf der seitlichen Berandung des Bauteils aufgebracht sein. Ein solches Bauteil bietet besonders günstige Voraussetzungen für das Verpressen mit einer Kunststoff platte. Die Kunststoffplatten sind üblicherweise größer dimensioniert als die elektrisch leitenden Bauteile. Beim Verpressen werden die elektrisch leitenden Bauteile nicht nur flächig mit der Kunststoffplatte verbunden, sondern in die Kunststoffplatte eingebettet. Wenn zusätzlich zur Oberseite der Bauteile auch deren seitliche Berandung beschichtet ist, tragen die Flächen der Berandung mit zum Haftverbund bei. Bei Stanzteilen können also zusätzlich die Trennflächen des Bauteils beschichtet sein. Bei einem Flachdraht können auch die Schmalseiten des Flachdrahts beschichtet sein. Bei einem Rund- draht kann mehr als die Hälfte seines Umfangs beschichtet sein.

[0020] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Beschichtung werkstoffgleich zum Rohling sein. Rohling und Beschichtung bilden dann eine Werkstoffeinheit mit im Wesentlichen homogenen Eigenschaften, wobei die Beschichtung primär die Funktion übernimmt, die Rauheit der Werkstoffoberfläche zu erhöhen.

[0021] Wie bereits erwähnt, beträgt die gemittelte Rautiefe Rz2 der Beschichtung mindestens 10 pm. Ist die gemittelte Rautiefe Rz2 geringer als 10 pm, ist die Haftfestigkeit zum Kunststoff nicht ausreichend. Die gemittelte Rautiefe Rzi der unbeschichteten Oberfläche eines gewalzten Bands aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ist typischerweise kleiner als 2 pm.

[0022] Bei einerweiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die gemittelte Rautiefe Rz2 der Beschichtung mindestens 30 % und maximal 100 % der Dicke s2 der Beschichtung betragen. Im Idealfall ist die gemittelte Rautiefe Rz2 der Beschichtung so groß wie die Dicke s2 der Beschichtung. Die notwendige Rautiefe wird dann mit einem Minimum an Materialaufwand für die Beschichtung erreicht. In diesem Grenzfall ist an manchen Stellen zwischen den Partikeln der Beschichtung die ursprüngliche Oberfläche des Substrats sichtbar. An diesen Stellen wird die Tiefe des größten Profiltals gemessen. Beschichtungen, deren Rautiefe Rz2 weniger als 30 % ihrer Dicke s2 beträgt, sind nicht effizient, da viel Material, das nicht zur Erhöhung der Rauheit beiträgt, aufgetragen wird.

[0023] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffverbundes aus mindestens einem elektrisch leitenden Bauteil und mindestens einer Kunststoffplatte, wobei das Verfahren mindestens folgende Schritte einschließt: Aus einem bandförmigen, metallischen Halbzeug wird mittels eines Trennprozesses ein Rohling des Bauteils gewonnen. Der Rohling weist auf seiner Oberseite eine gemittelte Rautiefe Rz1 auf. Anschließend wird auf der Oberseite des Rohlings mittels Kaltgasspritzens eine Beschichtung aufgebracht, welche auf ihrer vom Rohling abgewandten Oberfläche eine gemittelte Rautiefe Rz2 aufweist, die größer als die gemittelte Rautiefe Rzi der Oberseite des Rohlings ist und mindestens 10 pm beträgt. Das beschichtete, elektrisch leitende Bauteil wird mit der Kunststoffplatte so verpresst, dass die Kunststoffplatte auf der Beschichtung des Bauteils angeordnet ist.

[0024] Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass zur Herstellung von Werkstoffverbunden, die als funktionalen Bestandteil elektrisch leitende Elemente enthalten, metallische Bauteile mit Kunststoffplatten aus faserverstärktem Epoxidharz bei Temperaturen von ca. 180 °C verpresst werden. Elektrisch leitende Elemente, die aus einem gewalzten, bandförmigem Halbzeug aus Metall hergestellt sind, besitzen eine sehr glatte Oberfläche, so dass es nicht möglich ist, sie mit hinreichend großer Haftfestigkeit mit Kunststoffplatten zu verpressen. Um solche Elemente für die Herstellung von Verbunden mit Kunststoffplatten verwenden zu können, ist es erforderlich, ihre Oberfläche durch eine geeignete Behandlung zu konditionieren. Im Folgenden wird ein elektrisch leitendes Element vor der Konditionierung seiner Oberfläche als ‘Rohling' bezeichnet. Mittels Kaltgasspritzens können auf metallische Rohlinge Beschichtungen aufgebracht werden, die auf der vom Rohling abgewandten Oberfläche eine große Rauheit aufweisen. Wählt man als Maß für die Rauheit die gemittelte Rautiefe Rz, dann ist die gemittelte Rautiefe RZ2 der durch Kaltgasspritzen aufgetragenen Beschichtung deutlich größer als die gemittelte Rautiefe Rzi der unter der Beschichtung liegenden, ursprünglich unbeschichteten Oberfläche des Rohlings. Durch Kaltgasspritzen können also elektrisch leitende Elemente, die aus einem gewalzten Metallband hergestellt wurden, so beschichtet werden, dass ihre Oberfläche für das Verpressen mit einer Kunststoffplatte ausreichend rau ist.

[0025] Bei Werkstoffverbunden mit mehreren Lagen von Kunststoffplatten kann das elektrisch leitende Bauteil, abgesehen von Stellen zur Kontaktierung, vollständig von Kunststoff umgeben und zweiseitig verpresst sein. Für derartige Verbünde kann es zweckmäßig sein, den Rohling beidseitig mittels Kaltgasspritzens zu beschichten, um so die Voraussetzung für eine ausreichend große, beidseitige Haftung nach dem Verpressen zu schaffen.

[0026] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfinderischen Verfahrens kann der Rohling mittels eines Stanzprozesses aus dem Halbzeug gewonnen werden. Stanzen ist ein kostengünstiges und flexibles Verfahren, um Elemente einer vorgegebenen Form aus einem band-oder blechförmigen Halbzeug heraus zu trennen. Werden zusätzliche Anforderungen an den Trennprozess gestellt, wie beispielsweise eine besondere Qualität der Schnittkanten, können andere Trennverfahren wie Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden ebenfalls in Betracht gezogen werden.

[0027] Vorteilhafterweise kann die mittels Kaltgasspritzens aufgebrachte Beschichtung vollflächig auf der Oberseite des Rohlings aufgebracht werden. Dadurch wird ein Bauteil generiert, das nach dem Verpressen einen fest haftenden Verbund mit der Kunststoffplatte gewährleistet.

[0028] In einer besonders vorteilhaften Weise kann das erfinderische Verfahren ausgeführt werden, indem die mittels Kaltgasspritzens aufgebrachte Beschichtung zumindest teilweise auch auf der seitlichen Berandung des Bauteils aufgebracht wird. Hierdurch wird ein Bauteil realisiert, das besonders günstige Voraussetzungen für das später auszuführende Verpressen mit einer Kunststoffplatte bietet. Bei Bauteilen, die mittels eines Trennprozesses aus einem bandförmigen, metallischen Halbzeug gewonnen wurden, können also zusätzlich die Trennflächen des Bauteils beschichtet sein.

[0029] Vorteilhafterweise wird durch das Kaltgasspritzen eine Beschichtung aufgebracht, die identisch mit dem Werkstoff des Rohlings ist. Rohling und Beschichtung bilden dann eine Werkstoffeinheit mit im Wesentlichen homogenen Eigenschaften. Die Beschichtung übernimmt primär die Funktion, die Rauheit der Werkstoffoberfläche zu erhöhen.

[0030] Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann nach dem Beschichten des Rohlings ein Überwalzen der Beschichtung erfolgen. Das Überwalzen wird so ausgeführt, dass die Spitzen des Rauheitsprofils der Beschichtung leicht gestaucht und somit in Lateralrichtung verbreitert werden. Dadurch entstehen in der Beschichtung hinterschnittene Bereiche. In diese Hinterschneidungen fließt beim Verpressen das Material der Kunststoffplatte und bildet dort Zonen mit besonders großer Haftfestigkeit.

[0031] E in weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffverbunds aus mindestens einem elektrisch leitenden Bauteil und mindestens einer Kunststoffplatte, die mit dem mindestens einen elektrisch leitenden Bauteil verpresst wird. Die Kunststoffplatte hat hierbei eine größere Ausdehnung als das elektrisch leitende Bauteil. Der Begriff Kunststoffplatte umfasst hierbei starre und flexible Kunststoffplatten, Laminate und Verbünde aus mehreren Lagen von Kunststoffschichten. Das elektrisch leitende Bauteil besteht aus einem Rohling, der auf seiner Oberseite eine gemittelte Rautiefe Rzi aufweist, und aus einer mittels Kaltgasspritzens auf mindestens der Oberseite des Rohlings aufgebrachten Beschichtung, die auf ihrer vom Rohling abgewandten Oberfläche eine gemittelte Rautiefe RZ2 aufweist, die größer als die gemittelte Rautiefe Rzi der Oberseite des Rohlings ist. Das Bauteil wird so mit der Kunststoffplatte verpresst, dass diese auf der Beschichtung des Bauteils angeordnet ist. Anstelle der Kunststoffplatte kann auch ein anderes Stabilisierungselement verwendet werden.

[0032] Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass zur Herstellung von Werkstoffverbunden, die als funktionalen Bestandteil elektrisch leitende Elemente enthalten, metallische Bauteile mit Kunststoffplatten aus faserverstärktem Epoxidharz bei Temperaturen von ca. 180 °C verpresst werden. Beim Verpressen geht das Material der Kunststoffplatte in einen plastischen Zustand über, fließt in die Unebenheiten der Oberfläche des elektrisch leitenden Bauteils und füllt die Hohlräume aus. Je ausgeprägter die Rauheit der Oberfläche des elektrisch leitenden Bauteils ist, desto stärker verkrallt sich das Material der Kunststoffplatte in der Oberfläche des elektrisch leitenden Bauteils. Elektrisch leitende Bauteile, die aus einem durch Walz-und/oder Ziehprozesse hergestellten, metallischen Halbzeug hergestellt sind, besitzen eine sehr glatte Oberfläche, so dass es nicht möglich ist, sie mit hinreichend großer Haftfestigkeit mit Kunststoffplatten zu verpressen. Um solche Bauteile für die Herstellung von Verbunden mit Kunststoffplatten verwenden zu können, ist es erforderlich, ihre Oberfläche durch eine geeignete Behandlung zu konditionieren. Im Folgenden wird ein elektrisch leitendes Bauteil vor der Konditionierung seiner Oberfläche als 'Rohling' bezeichnet. Versuche haben gezeigt, dass mittels Kaltgasspritzens auf metallische Rohlinge Beschichtungen aufgebracht werden können, die auf der vom Rohling abgewandten Oberfläche eine große Rauheit aufweisen. Wählt man als Maß für die Rauheit die gemittelte Rautiefe Rz, dann ist die gemittelte Rautiefe Rz2 der durch Kaltgasspritzen aufgetragenen Beschichtung deutlich größer als die gemittelte Rautiefe Rz1 der unter der Beschichtung liegenden, ursprünglich unbeschichteten Oberfläche des Rohlings. Durch Kaltgasspritzen können also elektrisch leitende Elemente, die aus einem umformtechnisch erzeugten, metallischen Halbzeug hergestellt wurden, so beschichtet werden, dass ihre Oberfläche für das Verpressen mit einer Kunststoffplatte ausreichend rau ist. Zusätzlich zum beschichteten Bauteil kann der Werkstoffverbund Kupferfolie enthalten, die flächig auf der Kunststoffplatte aufgebracht ist. Anstelle der Kunststoff platte kann auch ein anderes Stabilisierungselement verwendet werden.

[0033] Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele sowie der Figuren näher erläutert. Es zeigt: [0034] Fig. 1 einen Rohling eines elektrisch leitenden Bauteils in der Ausführungsform als Stanzteil [0035] Fig. 2 den Rohling von Fig. 1 mit beschichteter Oberseite [0036] Fig. 3 den Rohling von Fig. 1 mit beschichteter Oberseite und beschichteter

Berandung [0037] Fig. 4 ein mit einer Kunststoffplatte verpresstes, elektrisch leitendes Bauteil [0038] Fig. 5 eine Schnittansicht entlang Linie AA des Werkstoffverbunds aus Fig. 4 mit einem Bauteil mit beschichteter Oberseite [0039] Fig. 6 eine Schnittansicht eines Werkstoffverbunds mit einem Bauteil mit be schichteter Oberseite und beschichteter Berandung [0040] Fig. 7 eine Schnittansicht eines Werkstoffverbunds mit einem zwischen zwei

Kunststoffplatten verpressten Bauteil [0041] Fig. 8 eine Schnittansicht eines zweilagigen Werkstoffverbunds mit drei elektrisch leitenden Bauteilen und zwei Kunststoffplatten [0042] Fig. 9 eine Schnittansicht eines Werkstoffverbunds mit einem Runddraht als

Rohling [0043] Fig. 10 eine Schnittansicht eines Werkstoffverbunds mit einem Flachdraht als

Rohling [0044] Fig. 1 zeigt einen Rohling 2 eines elektrisch leitenden Bauteils. Der Rohling 2 wurde mit einer Z-ähnlichen Form aus einem Kupferband gestanzt. Der Rohling 2 bzw. das Stanzteil 11 weist auf der Oberseite 21 eine glatte Fläche auf. Durch den Stanzvorgang sind Flächen entstanden, die die Berandung 22 des Stanzteils 11 darstellen. In Fig. 1 ist nur ein Teil der Flächen der Berandung 22 sichtbar.

[0045] Fig. 2 zeigt ein elektrisch leitendes Bauteil 1, welches aus dem Rohling 2 der Fig. 1 und einer Beschichtung 3 besteht. Die Beschichtung 3 wurde mittels Kaltgasspritzens aufgebracht. Die Beschichtung 3 ist nur auf der Oberseite 21 des Rohlings 2, dort aber vollflächig aufgebracht.

[0046] Fig. 3 zeigt ein elektrisch leitendes Bauteil 1, welches aus dem Rohling 2 der Fig. 1 und einer Beschichtung 3 besteht. Die Beschichtung 3 wurde mittels Kaltgasspritzens aufgebracht. Die Beschichtung 3 ist sowohl auf der Oberseite 21 des Rohlings 2 als auch auf seiner Berandung 22 vollflächig aufgebracht.

[0047] Fig. 4 zeigt ein elektrisch leitendes Bauteil 1 gemäß der Fig. 2 bzw. 3, das mit einer Kunststoffplatte 4 verpresst wurde. Gegenüber Fig. 2 bzw. 3 wurde das Bauteil 1 so gewendet, dass die beschichtete Oberseite zur Kunststoff platte 4 hin und damit nach unten gerichtet ist. In Fig. 4 ist folglich die unbeschichtete Seite des Bauteils 1 sichtbar. Da beim Verpressen das

Bauteil 1 in seiner gesamten Dicke in die Kunststoffplatte 4 eingebettet wurde, ist die seitliche Berandung 22 nicht mehr sichtbar. Das elektrisch leitende Bauteil 1 und die Kunststoffplatte 4 stellen einen Werkstoffverbund 5 dar. Es ist auch möglich, dass mehrere Bauteile 1 mit einer Kunststoffplatte 4 verpresst sind. Dabei können die einzelnen Bauteile 1 gleiche oder unterschiedliche Gestalt haben.

[0048] Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht AA des Werkstoffverbunds 5 aus Fig. 4 mit einem Bauteil 1 mit beschichteter Oberseite 21. Das Bauteil 1 hat die Dicke Si, die Beschichtung 3 die Dicke s2. Die Dicke s2 der Beschichtung 3 ist bezogen auf die Dicke s<\ des Bauteils nicht notwendigerweise maßstabsgerecht wiedergegeben. Fig. 5 entspricht dem Fall, dass das in Fig. 2 dargestellte Bauteil 1 mit einer Kunststoffplatte 4 verpresst wurde.

[0049] Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht eines Werkstoffverbunds 5 zwischen einer Kunststoffplatte 4 und einem Bauteil 1 mit beschichteter Oberseite 21 und beschichteter Berandung 22. Das Bauteil 1 hat die Dicke s-ι, die Beschichtung 3 die Dicke s2. Die Dicke s2 der Beschichtung 3 ist bezogen auf die Dicke s-\ des Bauteils nicht notwendigerweise maßstabsgerecht wiedergegeben. Fig. 6 entspricht dem Fall, dass das in Fig. 3 dargestellte Bauteil 1 mit einer Kunststoffplatte 4 verpresst wurde.

[0050] Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht eines Werkstoffverbunds 5 mit einem zwischen zwei Kunststoffplatten 4 verpressten Bauteil 1. Das Bauteil 1 wurde auf sowohl auf seinen beiden Oberseiten 21 als auch auf seiner seitlichen Berandung 22 mit einer Beschichtung 3 versehen. Die Kunststoffplatten 4 umschließen das Bauteil 1 allseitig. Bei mehrlagigen Verbunden 5 können elektrisch leitende Bauteile 1 auf mehreren unterschiedlichen Ebenen mit mehreren Kunststoffplatten 4 verpresst werden. Einen solchen Verbund 5 zeigt Fig. 8 mit drei elektrisch leitenden Bauteilen 1 und zwei Kunststoffplatten 4.

[0051] Fig. 9 zeigt eine Schnittansicht eines Werkstoffverbunds 5 mit einer Kunststoffplatte 4 und einem Runddraht 12 als Rohling 2 des elektrisch leitenden Bauteils 1. Der Draht 12 ist auf ungefähr der Hälfte seines Umfangs mit einer Beschichtung 3 versehen. Er wurde nur so weit mit der Kunststoffplatte 4 verpresst, dass ein Teil des Drahts 12 erhaben aus der Oberfläche der Kunststoff platte 4 absteht.

[0052] Fig. 10 zeigt eine Schnittansicht eines Werkstoffverbunds 5 mit einer Kunststoffplatte 4 und einem Flachdraht 13 als Rohling 2 des elektrisch leitenden Bauteils 1. Der Flachdraht 13 weist zwei Breitseiten 131 und zwei Schmalseiten 132 auf. In der dargestellten Ausführungs-form sind eine Breitseite 131 und beide Schmalseiten 132 mit einer Beschichtung 3 versehen. Der Flachdraht 13 wurde durch das Verpressen in die Kunststoffplatte 4 eingebettet. BEZUGSZEICHENLISTE: 1 elektrisch leitendes Bauteil 11 Stanzteil 12 Draht 13 Flachdraht 131 Breitseite des Flachdrahts 132 Schmalseite des Flachdrahts 2 Rohling 21 Oberseite 22 Berandung 3 Beschichtung 4 Kunststoffplatte 5 Werkstoffverbund

Claims (16)

1. Patentansprüche

   1. Werkstoffverbund (5) bestehend aus mindestens einem elektrisch leitenden Bauteil (1) und mindestens einer Kunststoffplatte (4), die mit dem mindestens einen elektrisch leitenden Bauteil (1) verpresst ist, wobei das elektrisch leitende Bauteil (1) mindestens aus einem Rohling (2), der auf seiner Oberseite (21) eine gemittelte Rautiefe Rzi aufweist, und aus einer mittels Kaltgasspritzens auf mindestens der Oberseite (21) des Rohlings (2) aufgebrachten Beschichtung (3) der Dicke s2 besteht, welche auf ihrer vom Rohling (2) abgewandten Oberfläche eine gemittelte Rautiefe Rz2 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die gemittelte Rautiefe Rz2 der Beschichtung (3) größer als die gemittelte Rautiefe Rzi der Oberseite (21) des Rohlings (2) ist, dass die gemittelte Rautiefe Rz2 der Beschichtung (3) mindestens 10 pm beträgt, und dass die Kunststoffplatte (4) auf der Beschichtung (3) des elektrisch leitenden Bauteils (1) angeordnet ist.
2. 2. Werkstoffverbund (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (2) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
3. 3. Werkstoffverbund (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (2) ein Stanzteil (11) ist.
4. 4. Werkstoffverbund (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (2) einen Drahtabschnitt (12) umfasst.
5. 5. Werkstoffverbund (5) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (2) einen Abschnitt in Form eines Flachdrahts (13) umfasst.
6. 6. Werkstoffverbund (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) vollflächig auf der Oberseite (21) des Rohlings aufgebracht ist.
7. 7. Werkstoffverbund (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) zumindest teilweise auf der seitlichen Berandung (22) des Bauteils aufgebracht ist.
8. 8. Werkstoffverbund (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) werkstoffgleich zum Rohling (2) ist.
9. 9. Werkstoffverbund (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gemittelte Rautiefe RZ2 der Beschichtung (3) mindestens 30 % und maximal 100 % der Dicke s2 der Beschichtung (3) beträgt.
10. 10. Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffverbunds (5) aus mindestens einem elektrisch leitenden Bauteil (1) und mindestens einer Kunststoff platte (4), wobei das Verfahren mindestens folgende Schritte einschließt: a. aus einem bandförmigen, metallischen Halbzeug wird mittels eines Trennprozesses ein Rohling (2) des Bauteils (1) gewonnen, wobei der Rohling (2) auf seiner Oberseite (21) eine gemittelte Rautiefe Rzi aufweist, b. auf der Oberseite des Rohlings (2) wird anschließend mittels Kaltgasspritzens eine Beschichtung (3) der Dicke s2 aufgebracht, welche auf ihrer vom Rohling (2) abgewandten Oberfläche eine gemittelte Rautiefe Rz2 aufweist, die größer als die gemittelte Rautiefe Rz1 der Oberseite (21) des Rohlings (2) ist. und mindestens 10 pm beträgt, c. das beschichtete, elektrisch leitende Bauteil (1) wird mit der Kunststoffplatte (4) so verpresst, dass die Kunststoffplatte (4) auf der Beschichtung (3) des Bauteils (1) angeordnet ist.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (2) mittels eines Stanzprozesses aus dem Halbzeug gewonnen wird.
12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels Kaltgasspritzens aufgebrachte Beschichtung (3) vollflächig auf der Oberseite (21) des Rohlings (2) aufgebracht wird.
13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels Kaltgasspritzens aufgebrachte Beschichtung (3) zumindest teilweise auf der seitlichen Berandung (22) des Bauteils (1) aufgebracht wird.
14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels Kaltgasspritzens aufgebrachte Beschichtung (3) werkstoffgleich zum Rohling (2) ist.
15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Beschichten ein Überwalzen der Beschichtung (3) erfolgt.
16. 16. Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffverbunds (5) aus mindestens einem elektrisch leitenden Bauteil (1) und mindestens einer Kunststoff platte (4), die mit dem mindestens einen elektrisch leitenden Bauteil (1) verpresst wird, wobei das elektrisch leitende Bauteil (1) aus einem Rohling (2), der auf seiner Oberseite (21) eine gemittelte Rautiefe Rz1 aufweist, und aus einer mittels Kaltgasspritzens auf mindestens der Oberseite (21) des Rohlings (2) aufgebrachten Beschichtung (3) besteht, die auf ihrer vom Rohling (2) abgewandten Oberfläche eine gemittelte Rautiefe Rz2 aufweist, und wobei die Kunststoff platte (4) eine größere Ausdehnung als das elektrisch leitende Bauteil (1) hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) auf ihrer vom Rohling (2) abgewandten Oberfläche eine gemittelte Rautiefe Rz2 aufweist, die größer als die gemittelte Rautiefe Rz1 der Oberseite (21) des Rohlings (2) ist, und dass die Kunststoffplatte (4) auf der Beschichtung (3) angeordnet ist. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen