DE10034112A1

DE10034112A1 - Selbstklebende leitfähige Textilflächen

Info

Publication number: DE10034112A1
Application number: DE10034112A
Authority: DE
Inventors: Daniel Ostmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2003-05-22

Abstract

Die Erfindung betrifft den neuartigen Aufbau von elektrisch leitfähigen Textilflächen mit selbstklebender Eigenschaft, wie sie u. a. zur Herstellung einer elektrischen Flächenkontaktierung für vielfältige Zwecke der Hochfrequenzschirmung eingesetzt werden. DOLLAR A Nach der Konzeption der Erfindung wird als Trägermaterial ein Vlieswerkstoff (1) mit chemischer Verfestigung eingesetzt. Durch die chemische Verfestigung des Vlieses wird im Gegensatz zur thermischen Verfestigung die Abfaserung von (leitfähigen) Teilen ausgeschlossen, wodurch eine unkontrollierte und nicht reproduzierbare Kontaktierung hinfällig ist und Systemauslösung oder Kurzschlüsse entfallen. DOLLAR A Als Kleber werden vorzugsweise Acrylate eingesetzt. DOLLAR A Diese Stoffe werden zur Erzeugung der ein- oder beidseitigen Kleberschicht (2) in einer Schichtdicke K¶d¶ von vorzugsweise 0,05 mm K¶d¶ 0,5 mm auf das Trägermaterial, den leitfähigen Vlies (1), aufgetragen. DOLLAR A Zur Ausführung leitfähiger Textilflächen mit Haftfixierung kann der metallisierte Vlieswerkstoff (1) beidseitig mit der dünnen Klebeschicht (2), ggf. in Verbindung mit einer Schutzfolie (13), versehen werden.

Description

Die Erfindung betrifft den neuartigen Aufbau von elektrisch leitfähigen Textilflächen mit selbstklebender Eigenschaft, wie sie u. a. zur Herstellung einer elektrischen Flächenkontaktierung für vielfältige Zwecke der Hochfrequenzschirmung eingesetzt werden.
Es sind leitfähige Kontaktierungs- bzw. Klebebänder bekannt, die aus einem Trägermaterial, das einseitig oder beidseitig mit einer dicken Klebeschicht versehen wird, bestehen.
Mit der aufgebrachten dicken Klebeschicht sollen die Unebenheiten der Verbindungsstelle ausgeglichen werden. In dieser Masse "wandern" die leitfähigen Partikel abhängig vom Andruck des Klebebandes und damit erfolgenden Zusammendrücken der Klebemasse. Es besteht somit eine elektrisch undefinierbare und von daher instabile Verbindung über die Partikel. Die "schwimmende Struktur" der Partikel in der Klebermasse führt oft bei Stromerhöhung zu partieller Erwärmung, Erhöhung der Viskosität und zum Trennen der Kontaktstelle der Partikel. Dieses erzeugt eine nicht abschätzbare Kettenreaktion in der Klebersubstanz, was einen Risikofaktor für Funktion und Produktsicherheit des Kontaktelements darstellt.
Als Trägermaterial werden bei herkömmlichen Klebebändern mit doppelseitiger Kleberbeschichtung Polyester-Materialien, wie beispielsweise Polyamid, eingesetzt. Diese Materialien sind allerdings nicht leitfähig, so daß sie für das vorliegende Anwendungsgebiet nicht eingesetzt werden können.
Bisher steht kein leitfähiges Textil zur Verfügung, das niederohmig und stromtragfähig ist.
Auch die aus DE 198 02 504 C1 bekannten metallisierten Gewebe besitzen keine ausreichende elektrische Leitfähigkeit bzw. Stromtragfähigkeit.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, leitfähige selbstklebende Textilflächen zu entwickeln, aus denen auch Klebebänder hergestellt werden können, die einen elektrisch leitfähigen und dabei niederohmigen sowie mechanisch belastbaren Trägerwerkstoff besitzen und mit einer möglichst dünnen Kleberschicht auskommen.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Nach der Konzeption der Erfindung wird als Trägermaterial ein Vlieswerkstoff mit chemischer Verfestigung eingesetzt. Durch die chemische Verfestigung des Vlieses wird im Gegensatz zur thermischen Verfestigung die Abfaserung von (leitfähigen) Teilen ausgeschlossen, wodurch eine unkontrollierte und nicht reproduzierbare Kontaktierung hinfällig ist und Systemauslösung oder Kurzschlüsse entfallen.
Das Aufbringen der Beschichtung zur Metallisierung des Vlieswerkstoffes erfolgt mittels Elektronenstrahlverfahren über Lichtbogeneinsatz. Hierbei vollzieht sich die Metallisierung nicht über die Anreicherung von Metall an der Faser wie bei der Galvanisierung, sondern die Metallanteile diffundieren durch die hohe Partikelgeschwindigkeit auch in die Fasern ein. Die Folge ist eine im Vergleich zur Galvanisierung dünnere Haut, die ein formschlüssige Verbindung mit den Partikeln in der Faser eingeht. Dadurch kann eine höherer Metallgehalt auf den Vlieswerkstoff aufgebracht werden, ohne das das Material spröde wird. Der höhere Metallgehalt des Vlieses führt wiederum zur besseren Leitfähigkeit und zur höheren Stromtragfähigkeit des neuen Kontaktelements, das damit verbunden durch einen niederohmigen Übergangswiderstand gekennzeichnet ist. Diese höhere Stromtragfähigkeit bewirkt eine effizientere Ableitung von HF-Energie über die Flächen-Kontaktverbindung. Das Ergebnis dieser sehr niederohmigen Verbindung ist eine sehr gute HF-Dichtheit des Gesamtsystems.
Mit der extremen Niederohmigkeit und der sehr guten Stromtragfähigkeit stellt sich neben der bei bekannten Kontaktelementen dieser Gattung lediglich in der senkrechten Achse (Z-Achse) gegebenen leitfähigen Verbindung eine neuartige niederohmige Querverbindung in der x-y Fasermatrix (x-y-Achsenrichtungen) ein.
Unter Nutzung dieser niederohmigen x-y-Querverbindungen über die Faser und deren Berührungspunkte wird es möglich, nichtkontaktierende Punkte in der leitfähigen Textilfläche auszugleichen. Mit diesem Ausgleich können leitfähige Haftklebemassen in ihrer Schichtdicke reduziert werden. Eine sich damit ergebende dünnere Klebefläche erhöht somit die Haftkräfte. Die Verringerung der Kleberschichtdicke unterbindet den Prozeß des "Verschwimmens" der leitfähigen Partikel in der Klebemasse. Ein weiterer Vorteil dieser technologischen Verknüpfung ist die Tatsache, dass derartige elektrische Verbindungen keinen unterschiedlichen unkalkulierbaren und vom Andruck abhängigen Oberflächenwiderstand aufweisen.
Als Kleber werden vorzugsweise Acrylate eingesetzt.
Diese Stoffe werden zur Erzeugung der ein- oder beidseitigen Kleberschicht in einer Schichtdicke K_d von vorzugsweise 0,05 mm ≤ K_d ≤ 0,5 mm auf das Trägermaterial, den leitfähigen Vlies aufgetragen.
Zur Ausführung leitfähiger Textilflächen mit Haftfixierung kann der metallisierte Vlieswerkstoff beidseitig mit der dünnen Klebeschicht, ggf. in Verbindung mit einer Schutzfolie, versehen werden.
Die so behandelten und in gewünschte Geometrie zugeschnittenen Textilflächen können insbesondere eingesetzt werden
zur niederohmigen, stromtragfähigen und flexiblen elektrischen Verbindung von einer festen und einer beweglichen Komponente,
zur niederohmigen, stromtragfähigen und flexiblen elektrischen Verbindung von zwei beweglichen Komponenten,
zur niederohmigen, stromtragfähigen und elektrischen Haftfixierung von zwei festen Komponenten,
zur Korrosionsschutzabdeckung in Verbindung mit der Erhaltung einer leitfähigen Oberfläche.
Die Hauptvorteile der neuen selbstklebenden elektrisch leitfähigen Textilflächen bestehen darin, daß es erstens beim eingesetzten Vlieswerkstoff nicht zur Abfaserung kommt, wodurch Fehlfunktionen in der abzuschirmenden Anlagentechnik, verursacht durch einzelne lose Fasern, ausgeschlossen werden. Der eingesetzte Vlies ist ein Spunbound Vliesstoff, der in Endlosfäden verpresst und chemisch verfestigt wird. Des weiteren zweitens unterstützt das neuartige extrem niederohmige Vlies in den Auflageunebenheiten des Bandes den Ausgleich evtl. Kontaktunregelmäßigkeiten durch elektrische Querverbindungen in x-, y- und z-Richtung. In der sehr dünnen leitfähigen Kleberschicht können die Partikel nicht druckabhängig wandern. Mit der vorliegenden Entwicklung werden erstmals druckunabhängige elektrische Klebeverbindung geschaffen, mit denen niederohmig auch leitfähiger Dichtungen aller Abmaße fixiert werden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung. Es zeigen
Fig. 1 den Aufbau elektrischer Flächenkontakte beim metallisierten Vlieswerkstoff,
Fig. 2 die Funktion der Klebemasse beim Aufbau einer elektrischen Verbindung (dicke Kleberschicht),
Fig. 3 die Funktion der Klebemasse beim Aufbau einer elektrischen Verbindung (dünne Kleberschicht),
Fig. 4 bis Fig. 7 vier verallgemeinerte Anwendungsbeispiele für den Einsatz der neuartigen leitfähigen Textilflächen.
Fig. 1 veranschaulicht die Homogenität der elektrischen Flächenkontakte beim erfindungsgemäß für die Herstellung der leitfähigen Textilflächen eingesetzten metallisierten Vlieswerkstoff 1.
Durch die technologisch bedingte Verbindung aller Faserberührungspunkte 4 entsteht an diesen Punkten auch eine elektrische Verbindung. Die damit gegebene, elektrische Kontaktierung in geringsten Abständen, legt jede Faser 4.1, jeden Punkt auf gleiches Potential. Die Niederohmigkeit des metallischen Beschichtungsmaterials, lässt durch diese Verbindungsstruktur eine symbolische Leitfläche entstehen. Daraus folgt für jeden Kleberpunkt ein identischer Bezugspotentialpunkt.
Jeder Faserberührungspunkt 4 ist durch die Faserummantelung und Faserdurchsetzung mittels leitfähigen Materials mechanisch verfestigt und gewährleistet eine sehr niederohmige Verbindung der Fasern 4.1 miteinander.
Die Fasern 4.1 selbst können sich dabei in einem beliebigen Winkel α berühren bzw. kreuzen.
Die sehr gute elektrische Flächenleitung des metallisierten Vlieses ist aufgrund der Stromtragfähigkeit in allen drei Koordinatenachsen x, y, z auch bei ungleichmäßig verteilten Kontaktpunkten 5 gegeben.
Fig. 2 zeigt in zwei Darstellungen den Aufbau einer elektrischen Verbindung durch eine dicke Kleberschicht, wie sie bei den Lösungen des Standes der Technik genutzt wird.
Fig. 2.1 zeigt dabei die "schwimmende" Anordnung der leitfähigen Partikel 3 im Kleber 2, die dazu führt, dass die elektrische Verbindung nur in senkrechter Richtung R, s. eingetragener Pfeil, zustande kommt.
Fig. 2.1 kennzeichnet den Ruhezustand.
Aus Fig. 2.2 wird deutlich, wie die in der Klebemasse 2 "schwimmenden" Partikel 3 bei Andruck, also Eintragung einer mechanischen Kraft in Richtung des eingetragenen Pfeiles R, ihre Lage verändern.
Andruckkraft in Wechselwirkung mit der Viskosität führen zur nicht definierbaren Verschiebung der Positionen der leitfähigen Partikel 3. Das kann eine Entkontaktierung einer bisherigen Verbindung, die nur in der senkrechten Achse existierte, zur Folge haben. Die Druckerhöhung bewirkt, wie Fig. 2.2 zeigt, eine Deformation der Klebemasse 2. Dieser Effekt führt nicht zum Kontaktieren der Partikel 3 untereinander, sondern zum Abdriften und Lösen der elektrischen Verbindung.
Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Problemlösung zur Gewährleistung einer stabilen Leitfähigkeit durch die gewählte extrem dünne Kleberschicht 2, wobei die Leitfähigkeit unabhängig von der Andruckkraft ist.
Beim metallisierten Vlies 1 liegen alle möglichen Kontaktierungspunkte 5 auf gleichem Potential.
Aufgrund der gewählten dünnen Kleberschicht 2 ergeben sich bei Einwirkung einer Anpreßkraft R auf den rechten Teil der selbstklebenden Textilfläche 1 in Fig. 3 mit der Klebemasse 2.2 auch Querverbindungen der Partikel 3 untereinander.
Fig. 4 zeigt als verallgemeinerten Einsatzfall I die schematische Darstellung einer elektrisch niederohmigen leitfähigen Klebeverbindung mit einem festen und einem beweglichen Teil.
Die leitfähige Textilfläche (Vlies) 1 bildet dabei über die Kontaktstellen 8 die niederohmige leitfähige Klebeverbindung zwischen einem Metallgehäuse oder einem metallisierten Plastgehäuse 6 und dem zugehörigen Deckel 7.
Fig. 5 veranschaulicht den schematischen Einsatzfall II, nämlich eine elektrisch leitfähige niederohmige Verbindung von beweglichen Komponenten, indem das Vlies 1 als Hochfrequenzschirm fungiert und die Kontaktstellen 8 niederohmig großflächig verklebt werden.
Die elektrischen Komponenten A und B 10 sind über ein Kabel 9 verbunden, wobei die leitfähige Textilfläche 1 als HF-Schirm das Kabel 9 umhüllt und an den elektrischen Komponenten 10 niederohmige großflächige Verklebungen 8 aufweist.
Fig. 6 vergegenständlicht den schematisierten Einsatzfall III.
Dargestellt ist eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen zwei festen Komponenten 11, 12, wobei der beidseitig auf der leitfähigen Textilfläche 1 aufgebrachte leitfähige Kleber 2 zur Lagefixierung und als elektrische Kontaktierung eingesetzt ist. Auf diese Weise verbunden werden eine Komponente A 11, beispielsweise ein Metallgehäuse, leitfähige Dichtung und eine Komponente B 12, z. B. ein Metallgehäuse.
Der Einsatzfall IV ist in Fig. 7 dargestellt. Er betrifft den Einsatz selbstklebender leitfähiger Textilflächen mit der Zusatzfunktion der Lackierschutzabdeckung. Durch eine beidseitige Beschichtung des Vlieses 1 mit leitfähigem Kleber 2 wird die allgemein eingesetzte Trennpapierzwischenlage 13 als Lackierschutzabdeckung eingesetzt. Damit erfolgt eine Qualitätsverbesserung durch den Einsatz leitfähiger Komponenten und eine extreme Kosteneinsparung durch den Wegfall der zusätzlichen Aufbringung einer Lackierschutzabdeckung.
Vor dem Farbgebungsprozeß wird die selbstklebende leitfähige Textilfläche 1, 2 auf der Grundkomponente 12 dort aufgeklebt, wo die leitfähigen Flächen bzw. Streifen zur späteren Lagefixierung und elektrischen Kontaktierung von z. B. einer leitfähigen Dichtung 11 benötigt werden. Nach dem Farbbehandeln (lackieren und spritzen) wird das Trennpapier 13 als Lackierschutzabdeckung entfernt.
Die selbstklebenden leitfähigen Textilflächen bzw. -bänder weisen eine Standardbreite von 3 bis 1400 mm und eine Standardrollenlänge von 50 m auf. Sie sind aber auch in davon abweichenden Maßen herstellbar. LISTE DER BEZUGSZEICHEN 1 leitfähige Textilflächen, metallisiertes Vlies
2 Kleberschicht
2.1 im Ruhezustand
2.2 unter Einwirkung einer Anpreßkraft
3 leitfähige Partikel in Kleberschicht
4 Faserberührungspunkte
4.1 Fasern
5 Kontaktpunkte
6 Metallgehäuse, metallisiertes Plastgehäuse
7 Deckel zu 6
8 Kontaktstelle
9 Kabel
10 bewegliche elektrische Komponenten A, B
11 Metallgehäuse, leitfähige Dichtung (Komponente A)
12 Metallgehäuse (Komponente B)
13 Trennpapierzwischenlage

Claims

1. Selbstklebende leitfähige Textilflächen zur Flächenkontaktierung bei der Hochfrequenzschirmung, bestehend aus einem elektrisch leitfähigen Trägermaterial und einer elektrisch leitfähigen Kleberbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial ein metallisierter Vlieswerkstoff (1) mit chemischer Verfestigung vorgesehen ist und auf dieses Trägermaterial ein- oder beidseitig eine leitfähige dünne Kleberschicht (2) mit eingelagerten leitfähigen Partikeln aufgebracht ist.

2. Selbstklebende leitfähige Textilflächen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die technologische bedingte elektrische Verbindung aller Faserberührungspunkte (4) beim metallisierten Vlieswerkstoff (1) eine elektrische Kontaktierung in geringsten Abständen gegeben ist, wodurch jede Faser (4.1) und damit jeder Punkt des Vlieswerkstoffs (1) auf gleichem Potential liegt und eine gute Leitfähigkeit und Stromtragfähigkeit in allen drei Koordinatenachsen x, y, z. gegeben ist.

3. Selbstklebende leitfähige Textilflächen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebstoffe für die Ausbildung der Kleberschichten (2) Acrylate eingesetzt werden.

4. Selbstklebende leitfähige Textilflächen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kleberschicht (2) eine Schichtdicke K_d von 0,05 mm ≤ K_d ≤ 0,5 mm aufweist, wobei die Anordnung der leitfähigen Partikel (3) in der Klebeschicht (2) so erfolgt, daß eine stabile Leitfähigkeit unabhängig von der Anpreßkraft gegeben ist.

5. Selbstklebende leitfähige Textilflächen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial (1) ein Spunband Vliesstoff vorgesehen ist, der in Endlosfäden verpreßt und zudem chemisch verfestigt ist, wobei durch den Metallisierungsprozeß eine Durchsetzung und Ummantelung der sich vielfältig untereinander berührenden Fasern (4.1) mit leitfähigem Material erfolgt.

6. Selbstklebende leitfähige Textilflächen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrosionsschutzabdeckung in Verbindung mit der Erhaltung einer leitfähigen Oberfläche das leitfähige Vlies (1) mit doppelseitiger Kleberbeschichtung (2) ausgeführt wird und zumindest auf einer Seite auf die Kleberschicht (2) eine abziehbare Schutzfolie (13) aufgebracht ist.

7. Selbstklebende leitfähige Textilflächen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Textilflächen (1) beliebige Längen und eine Breite von vorzugsweise 3 bis 1400 mm aufweisen.

8. Verwendung einer selbstklebenden leitfähigen Textilfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur niederohmigen, stromtragfähigen und flexiblen elektrischen Verbindung (8) von einer festen (6) und einer beweglichen Komponente (7).

9. Verwendung einer selbstklebenden leitfähigen Textilfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur niederohmigen, stromtragfähigen und flexiblen elektrischen Verbindung von zwei beweglichen Komponenten (10), wobei die selbstklebende Textilfläche (1) als Hochfrequenzschirm fungiert und die Kabelenden (9) niederohmig großflächig verklebt sind.

10. Verwendung einer selbstklebenden leitfähigen Textilfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur niederohmigen, stromtragfähigen und elektrischen Haftfixierung von zwei festen Komponenten (11, 12).