DE10143418C1 - Material zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlen und/oder zur elektrischen Kontaktierung von elektrisch leitenden Bauteilen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Material zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlen und/oder zur elektrischen Kontaktierung von elektrisch leitenden Bauteilen. Das Material ist durch einen flexiblen, vorzugsweise offenporigen Schaumkörper 1 aus Kunststoff oder Gummi gebildet, welcher mit einer metallischen Oberflächenbeschichtung 2 durchgängig versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Material zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlen und/oder zur elektrischen Kontaktierung von elektrisch leitenden Bauteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das erfindungsgemäße Material dient in einer ersten Anwendung zur Abschirmung elektro­ magnetischer Strahlen. Dabei können mit dem Material nichtmetallische, insbesondere Kunststoffgehäuse vor elektromagnetischen Strahlen abgeschirmt werden, aber auch kom­ plette Räume. In einer zweiten Anwendung dient das erfindungsgemäße Material zur elektri­ schen Kontaktierung von elektrisch leitenden Bauteilen. Dies können beispielsweise die Tü­ ren von Schaltschränken, Computerdeckel etc. sein, also immer dort, wo metallische Bau­ teile mit einer elektrischen Kontaktbrücke versehen werden sollen.

Um bisher Gehäuse vor elektromagnetischen Strahlen abzuschirmen, wird die Innenmantel­ fläche des Gehäuses mit einer metallischen Beschichtung versehen. Um jedoch eine wir­ kungsvolle Abschirmung von elektromagnetischen Strahlen damit zu erzielen, müssen die Schichten relativ dick aufgetragen werden. Der Nachteil liegt in dem großen technischen Aufwand und damit in den hohen Kosten. Weiterhin besteht die Gefahr, daß diese relativ dicken Schichten abplatzen.

Die bisher verwendeten leitfähigen Dichtungen zur elektrischen Kontaktierung von elektrisch leitenden Bauteilen sind gleichermaßen in der Herstellung aufwendig und damit teuer.

Die DE 39 30 377 C2 zeigt eine Dichtung mit elektromagnetischer Abschirmung der ein­ gangs angegebenen Art. Sie wird zwischen einem metallischen Gehäuse und einem ver­ schwenkbaren, ebenfalls metallischen Deckel im Bereich der umlaufenden Öffnung ange­ ordnet. Die Dichtung besteht aus einem Schaumkörper. Dieser ist mit einer aufgedampften Metallschicht in verschiedenen Ausführungsformen versehen.

Die DE 39 36 511 C2 zeigt ein Gehäusematerial zur Abschirmung elektronischer Kompo­ nenten gegen elektromagnetische Störungen. Das Material ist dabei an wenigstens einer Oberfläche mit einer Metallschicht versehen. Diese ist mittels Vakuumbedampfung, stromlo­ ser Beschichtung, elektrolytische Beschichtung oder durch ein sonstiges Beschichtungsver­ fahren aufgebracht.

Der Buchauszug aus MAIR, Hans J., ROTH, Siegmar, Elektrisch leitende Kunststoffe, Carl Hanser Verlag München, 1986, S. 144-146 zeigt verschiedene Verfahren zur metallischen Beschichtung von Kunststoffen, nämlich Leitlacke, Flame Spray, Sputtern, galvanische so­ wie chemische Beschichtungen.

Die EP 09 17 419 A1 zeigt ein leitendes Material, welches mit einer Klebeschicht bzw. einer elektrisch leitenden Klebeschicht versehen ist.

Die GB 10 88 408 schließlich zeigt eine elektrische Isolierschutzfolie, welche zwischen elek­ trischen oder elektronischen Bauteilen angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Material mit einer verbesserten Ab­ schirmung elektromagnetischer Strahlen und/oder mit einer verbesserten elektrischen Kon­ taktierung von elektrisch leitenden Bauteilen zu schaffen.

Die technische Lösung ist gekennzeichnet durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1.

Die Grundidee des erfindungsgemäßen Materials besteht darin, dieses nicht mehr wie bisher direkt auf dem abzuschirmenden Grundmaterial aufzubringen, sondern als Trägermaterial einen flexiblen, offenporigen Schaumkörper aus Kunststoff oder Gummi zu verwenden, wel­ cher mit einer metallischen Oberflächenbeschichtung versehen ist. Darunter ist zu verste­ hen, daß die Oberfläche des Kunststoffmaterials, welches die Poren einschließt, mit einer Metallbeschichtung versehen ist. Damit ist die Schaumstoffstruktur mit einer homogenen Metallbeschichtung versehen, bei der die beschichtete Strukturoberfläche leitfähig ist. Diese metallische Oberflächenbeschichtung bewirkt keine Einschränkung in der Flexibilität der Schaumstruktur. Dieser Schaumkörper ist ein flächiges, elastisches Gebilde, welches bei­ spielsweise zur Gehäuseabschirmung entsprechend der Innenkontur des Gehäuses ange­ paßt, insbesondere auch gebogen sowie gefaltet werden kann. Die allseitig flexible, schwammartige Konsistenz des Schaumkörpers bleibt trotz des zusätzlichen metallischen Materials erhalten. Das Metall schafft aus dem flexiblen Schaumkörper ein leitfähiges Mate­ rial mit einer elektrisch homogenen Leitfähigkeit. Dadurch ist es möglich, den Schaumkörper als Abschirmmaterial zu verwenden, außerdem zur elektrischen Kontaktierung von elektrisch leitenden Bauteilen. Hier ist es lediglich erforderlich, den Schaumkörper mit Druck zwischen den Bauteilen anzuordnen, so daß auf diese Weise die elektrische Kontaktierung geschaffen ist. Der Schaumkörper kann aus einem polymeren Kunststoffmaterial bestehen, beispiels­ weise aus Polyurethan, Polypropylen, Polyethylen etc. Als Metall kann Aluminium, Kupfer, Nickel, Silber, Titan etc. verwendet werden. Der Schaumkörper kann als Rollenmaterial ver­ wendet werden. Dadurch ist eine preisgünstige Möglichkeit geschaffen, um ihn mit dem Metall zu versehen, beispielsweise ihn - wie nachfolgend noch auszuführen sein wird - mit einer metallischen Oberflächenbeschichtung zu versehen.

Der Vorteil in der Offenporigkeit des Schaumkörpers besteht darin, daß die gesamte In­ nenoberfläche der Poren mit einer metallischen Oberflächenbeschichtung durchgängig von der einen zur anderen Seite versehen ist und somit der Wirkungsgrad der Abschirmung op­ timal ist. Gleichzeitig werden die in den Schaumkörper eindringenden elektromagnetischen Strahlen reflektiert und dabei gleichzeitig ein Teil davon absorbiert. Der Vorteil liegt somit in der Durchgängigkeit der Oberflächenbeschichtung. Herstellungstechnisch kann der Schaumkörper von beiden Seiten her beschichtet werden. Vorzugsweise wird hier zur Schaffung der durchgängigen Leitfähigkeit die Vakuumabscheidung verwendet, insbesonde­ re eine plasmaunterstützte Vakuumabscheidung. Neben der optimalen Abschirmungseigen­ schaften beim offenporigen Schaumkörper liegt ein weiterer Vorteil darin, daß der flächige elastische Schaumkörper an allen Schnittstellen eine gleichmäßig gute Leitfähigkeit auf­ weist. Durch diese Durchkontaktierung ist an allen Schnittstellen eine gute Kontaktverbin­ dung vom Schaumkörper zum berührenden Gegenelement gegeben.

Ein Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Materials liegt in der Abschirmung von Kunststoffgehäusen. Hier kann der leitfähige, flächige Schaumkörper auf beliebige, d. h. zur Verkleidung der Gehäuseinnenflächen erforderliche Maße zugeschnitten und mit beliebigen Ausstanzungen versehen werden. Alle Schnittflächen sind aufgrund der homogenen Be­ schichtung des Schaumkörpers als Kontaktflächen nutzbar. Bei der Auskleidung der Gehäu­ seteile werden die flächigen Schaumkörper so zugeschnitten, daß sie an den Seitenflächen über die Gehäusegeometrie hinausreichen, so daß sich die überstehenden Schaumstoffteile beim Schließen der Gehäusehälfte berühren und kontaktieren. Dadurch erübrigt sich der Einsatz einer sonst erforderlichen, zusätzlichen leitfähigen Dichtung. Außerdem fallen die Nachteile zusätzlicher Übergangswiderstände weg.

Sofern das Material als Bandmaterial ausgeführt ist, kann es zur Bandagierung und damit EMV-Abschirmung von Rundkabeln dienen. In der Ausführung als Schaumkörperflächen ist das Material zur Abdeckung und damit EMV-Abschirmung von Flachbandkabeln geeignet. Auch ein Ersatz von Hochfrequenzschirmflächen ist denkbar. Dabei wird ein Trägermaterial aus Kunststoff mit entsprechend zugeschnittenen Schaumkörperflächen kaschiert. Ein wei­ teres Anwendungsgebiet ist die Raumabschirmung zur Erzielung roher Abschirmungs­ dämpfungswerte. Hier wird der flächige Schaumkörper wie eine Tapete an die Wände oder die Decke des Raumes geklebt. Die Ecken und Verbindungsstellen werden zur Gewährlei­ stung einer sicheren Kontaktierung aneinander oder übereinander gelegt. In artgleichen Ausführungen können auch Türen beschichtet werden. Bei diesen kann die elastische Ei­ genschaft des homogen leitfähigen Schaumkörpers gleichzeitig als leitfähige Dichtung be­ nutzt werden. Auch eine hochwertige Abschirmung von Fußböden ist denkbar. Hierzu wer­ den die erfindungsgemäßen Schaumkörperflächen auf dem Fußboden aufgebracht. An­ schließend kann das Schirmungsmaterial mit einem - üblichen - Bodenbelag überdeckt wer­ den. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Auskleidung von Schaltschränken, HF- Schirmkammern etc. in einer ein- oder mehrlagigen Ausführung. Schließlich ist noch die Verwendung als Kontakt- und Schirmungselement, HF-Schirmung- und Kontaktierurgsband sowie als HF-Schirmungs- und Kontaktierungsrahmen möglich. Weitere Anwendungsmög­ lichkeiten des erfindungsgemäßen Materials sind denkbar.

Das erfindungsgemäße Material hat eine Vielzahl von Vorteilen:
Durch die homogene räumliche Metallstruktur im Schaumkörper besitzt die Abschirmung zusätzlich zur Reflexion eine hohe Absorberwirkung für elektromagnetische Strahlung. Durch die Mehrfachreflexionen innerhalb des Schaumkörpers wird bei jeder Reflexion immer ein Teil der elektromagnetischen Strahlung absorbiert. Bei einem aus zwei Halbschalen be­ stehenden Kunststoffgehäuse besteht die Abschirmung aus einem einzigen, gestanzten Teil.

Damit besteht eine direkte niederohmige elektrische Verbindung beider Halbschalen. Die Verwendung von zusätzlichen Verbindungselementen mit entsprechenden Kontaktierungs­ problemen ist dadurch nicht mehr notwendig. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, auch sehr große Fertigungstoleranzen der Öffnungen von Kunststoffgehäusen ohne zusätzliche Dichtung auszugleichen, hochfrequenzdicht abzuschließen und technologisch einfach wieder zu öffnen. Der Ausgleich der Toleranzen erfolgt durch die Elastizität des Schaumkörpers. Weiterhin besteht die Möglichkeit, den ESD-Einfluß bei in Kunststoffgehäusen angeordneten elektronischen Schaltungen wesentlich zu reduzieren. Weiterhin kann die flächige Abschir­ mung durch ihre Raumstruktur sowie durch die elastische Wirkung des Schaumkörpers als Federersatz bzw. als Kontaktelement für Steckverbinder direkt eingesetzt werden. Damit kann eine zusätzliche Kontaktverbindung entfallen. Schließlich kann man Anzeigeelemente in Gehäuseöffnungen direkt mit der Abschirmung ohne zusätzliche Elemente und damit oh­ ne zusätzliche Widerstände verbinden und die bestehenden Öffnungen und Schlitze hoch­ frequenzabschirmend abdichten.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 2 schlägt Möglichkeiten vor, wie der Schaumkörper mit der metallischen Oberflächenbeschichtung versehen werden kann. Vorzugsweise wird die plasmaunterstützte Vakuumbedampfung verwendet, weil dieses Verfahren am effektivsten ist. Es ist aber auch denkbar, die Metallschicht durch Sputtern aufzubringen. Dieses Verfah­ ren ist jedoch langsamer und damit teurer als das Plasmaverfahren.

Bei gewünschten größeren Dicken können gemäß der Weiterbildung in Anspruch 3 mehrere Schichten des Schaumkörpers übereinandergelegt werden.

Bei der Auskleidung von Kunststoffgehäusen ist es grundsätzlich denkbar, den flexiblen Schaumkörper durch entsprechendes Biegen der Innenkontur des Gehäuses anzupassen. Es ist aber auch denkbar, gemäß der Weiterbildung in Anspruch 4 mehrere einzelne Schaumkörper zu verwenden, welche auf Stoß angeordnet sind. Durch die durchgängige metallische Oberflächenbeschichtung ist eine einwandfreie elektrische Kontaktierung der einzelnen Schaumkörper gewährleistet. Zur sicheren gegenseitigen Fixierung der einzelnen Schaumkörper kann ein Leitkleber verwendet werden. Vorzugsweise werden die flächigen Schaumkörper so zugeschnitten, daß sie an den zu dichtenden Seitenflächen über die Geometrie des Gehäuses oder der Verkleidungsflächen hinausreichen, so daß sie sich beim Schließen berühren und damit kontaktieren.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 5 hat den Vorteil, daß die in das Gehäuse eingelegten Schaumkörper fixiert sind.

Schließlich schlägt die Weiterbildung gemäß Anspruch 6 vor, daß der Schaumkörper mit einer elektrischen Isolierschutzfolie versehen ist. Diese kann mit dem gleichen Stanzwerk­ zeug wie der Schaumkörper gestanzt und vor dem Einbau in das Gehäuse eingelegt wer­ den. Durch den zusätzlichen Einsatz der Isolierschutzfolie kann bei kleinen Gehäusemaßen ein Kurzschluß mit der erfindungsgemäßen Abschirmung verhindert werden. Es besteht da­ mit auch die Möglichkeit, die Gehäusekonstruktion zu minimieren, ohne qualitative Abstriche machen zu müssen.

Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Materials in Form eines Schaumkörpers einerseits zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlen und andererseits zur elektrischen Kontaktierung von elektrisch leitenden Bauteilen wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:

Fig. 1a eine perspektivische Ansicht des Schaumkörpers;

Fig. 1b ein vergrößerter Detailausschnitt in der Darstellung der Fig. 1a;

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Gehäuse, welches mit der erfindungs­ gemäßen Abschirmung versehen ist;

Fig. 3 einen Schnitt durch zwei elektrisch leitende Bauteile mit der Verwendung des erfindungsgemäßen Schaumkörpers als elektrische Kontaktierung.

Fig. 1a zeigt in rein schematischer Weise einen flächigen Schaumkörper 1 beispielsweise aus Polyurethan. Der Schaumkörper 1 ist dabei offenporig ausgebildet. Die Innenstruktur des Schaumkörpers 1 ist durchgehend mit einer metallischen Oberflächenbeschichtung ver­ sehen, d. h. die Poren 3 des Schaumkörpers 1 sind in dieser metallischen Oberflächenbe­ schichtung 2 eingekapselt. Rein schematisch ist in Fig. 1a noch eine Klebeschicht 4 sowie eine Isolierschutzfolie 5 angedeutet.

Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei Anwendungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schaumkörpers 1:
Die Fig. 2 betrifft die Verwendung als Abschirmung in einem Kunststoffgehäuse 6. Dabei sind im Innern des Kunststoffgehäuses 6 Einzelelemente von Schaumkörpern 1 angeordnet. Die aufeinanderstoßenden Flächen der Schaumkörper 1 sind dabei aufgrund der durchgän­ gigen metallischen Oberflächenbeschichtung 2 miteinander elektrisch kontaktiert.

Fig. 3 zeigt zwei elektrisch leitende Bauteile 7, beispielsweise den Rahmen und die Tür von Schaltschränken. Zwischen diesen Bauteilen 7 ist ein streifenförmiger Schaumkörper 1 an­ geordnet. Dieser stellt die elektrische Verbindung zwischen den beiden Bauteilen 7 her.

Bezugszeichenliste

1

Schaumkörper

2

metallische Oberflächenbeschichtung

3

Poren

4

Klebeschicht

5

Isolierschutzfolie

6

Kunststoffgehäuse

7

Bauteil

Claims (6)

1. Material zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlen und/oder zur elektrischen Kon­ taktierung von elektrisch leitenden Bauteilen,
wobei das Material durch einen flexiblen Schaumkörper (1) aus Kunststoff oder Gummi gebildet ist, welcher mit einer metallischen Oberflächenbeschichtung (2) versehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schaumkörper (1) offenporig ist und daß der Schaumkörper (1) durchgängig mit der metallischen Oberflächenbeschichtung (2) versehen ist.

2. Material nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall durch eine plasmaunterstützte Vakuumbedampfung, durch Sputtern oder durch eine chemische oder galvanische Abscheidung auf dem Schaumkörper (1) auf­ gebracht wird.

3. Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schichten des Schaumkörpers (1) übereinandergelegt sind.

4. Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere einzelne Schaumkörper (1) verwendet werden, welche auf Stoß angeord­ net sind.

5. Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumkörper (1) mit einer Klebeschicht (4) versehen ist.

6. Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumkörper (1) mit einer elektrischen Isolierschutzfolie (5) versehen ist.