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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontaktierung zumindest
einer ersten Kontaktfläche mit zumindest einer weiteren
Kontaktfläche über zumindest ein Kontaktelement
sowie ein Verfahren zur Herstellung der Kontaktelemente nach dem
jeweiligen Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Elastische
Kontaktelemente für die elektrische Kontaktierung der benachbarten
Kontaktflächen der elektrischen bzw. elektronischen Schaltungen
sind in mehreren Patentschriften, unter anderem in der
EP 1 065 750 A2 beschrieben.
Die Kontaktelemente bestehen hierbei aus einem elastomeren und elektrisch
nicht leitfähigen Kern und einer oder mehreren darauf befindlichen
Lagen. Die obere Lage besteht dabei aus einem elektrisch leitfähigen
Metall, zum Beispiel Gold, einem Metalloxid oder einem metallartigen
Carbid und die Zwischenlage hat gute Haftung auf dem elastomeren
Kern einerseits und zur oberen Lage andererseits. Damit mehrere
Kontakte auf einem elastomeren Kern ausgeführt werden können,
sind die auf dem elastischen Kern befindlichen Lagen in ringförmige
Abschnitte geteilt. Dies erfolgt mit Laserstrahl. Die Beschichtung,
also die leitfähige Lage, wird chemisch oder galvanisch
aufgetragen. Solche Kontakte haben einen formspezifischen und sehr
komplexen Aufbau und sind sehr teuer. Die Gestaltungsfreiheit und
Anwendungsbereich ist durch die spezifische Form und Abmessungen
solcher Kontakte stark eingeschränkt.
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Darüber
hinaus sind elastische Kontaktelemente bekannt, die für
die Kontaktierung der Antennenstrukturen auf den Fahrzeugscheiben
z. B. in den Mercedes-Benz Modellreihen 211 (E-Klasse), 221 (S-Klasse),
204 (C-Klasse) verwendet werden.
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Eine
derart bekannte Kontaktvorrichtung, die solche Kontaktelemente beinhaltet,
ist in der 3 (Stand der Technik) gezeigt.
Eine signalverarbeitende Einheit 1, hier ein Antennenverstärker,
wird an einem Karosserieflansch 2 befestigt. Die Antennenstruktur
ist auf einer Fahrzeugscheibe 3 ausgeführt. Die
Kontaktierung erfolgt über einen Kontaktadapter 4,
der in diesem Fall an einem Gehäuse der signalverarbeitenden
Einheit 1 befestigt ist. Das elastische Kontaktelement
des Kontaktadapters 4 ist als Streifen ausgeführt
und besteht aus Silikon, das mit leitenden Partikeln gefüllt
ist. Die Signalübertragung erfolgt über eine Feder,
die auf einer Seite in Anlage mit dem Kontaktstreifen gebracht und
auf der anderen Seite mit der Leiterplatte der signalverarbeitenden
Einheit 1 verlötet wird. In anderen Fällen
wird der Kontaktadapter unabhängig von der signalverarbeitenden
Einheit 1 an dem Karosserieflansch montiert und die Signalübertragung
erfolgt über die Leitungen und Steckverbindungen. In allen
Fällen bestehen die elastischen Kontaktelemente aus Silikon,
das mit leitenden Partikeln gefüllt ist. Diese Teile sind
sehr kostenintensiv und verfahrensbedingt muss das komplette Volumen
eines solchen Teils mit leitenden Partikeln gefüllt werden.
Auch der Herstellungsprozess ist sehr komplex und kostenintensiv.
Im Übrigen ist auch die Gestaltungsfreiheit bei solchen
Kontakten durch die hohen Kosten und die Komplexität des
Herstellungsprozesses eingeschränkt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die elastischen Kontaktelemente
und ein Verfahren zur deren Herstellung bereitzustellen, mit der
die eingangs geschilderten Nachteile vermieden werden und die besonders
kostengünstig, insbesondere in Hinblick auf eine Serienfertigung,
herzustellen sind.
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Diese
Aufgabe ist durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs
1 gelöst.
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Erfindungsgemäße
ist vorgesehen, dass das Kontaktelement zumindest teilweise, insbesondere auch
vollständig, auf einem flexiblen Substrat ausgeführt
ist und zumindest eine, die beiden Kontaktflächen verbindende
Leiterbahn aufweist, wobei die zumindest eine Leiterbahn als eine
gedruckte Struktur ausgebildet ist. Damit ist es vorteilhafter Weise
möglich, die beiden beabstandet voneinander angeordneten
Kontaktflächen elektrisch miteinander zu kontaktieren,
dabei Toleranzen auf Grund des flexiblen Substrats auszugleichen,
das Kontaktelement auf Grund der aufgedruckten Struktur designmäßig
flexibel und kostengünstig herzustellen, wobei die gedruckte
Struktur auf dem flexiblen Substrat weiterhin den Vorteil hat, dass
dieser über die Lebensdauer des Kontaktelementes äußerst
haltbar ist.
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In
Weiterbildung der Erfindung besteht die zumindest eine Leiterbahn
des Kontaktelementes aus einer leitenden und in einem Druckverfahren
verarbeitbaren Substanz, wie einer Leitpaste mit Silber-, Carbon-,
Kupfer- oder Nickelpartikeln, Partikeln eines Metalloxids oder eines
metallartigen Carbids. Damit stehen Substanzen zur Herstellung der
Leiterbahn zur Verfügung, die einerseits in einem Druckverfahren
verarbeitet werden können und andererseits die elektrisch
leitende Verbindung zwischen den beiden Kontaktflächen
herstellen. Durch die Aufbringung der Leiterbahn auf dem Substrat
mittels einer in einem Druckverfahren verarbeitbaren Substanz sind beliebige
Formen der Leiterbahn herstellbar, so dass diese bestmöglich
an die Formgebung der beiden zu verbindenden Kontaktflächen
gegeben ist.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist das Substrat (auch Trägermaterial
genannt) entweder eine Polymerfolie oder besteht aus einem elastischen
Werkstoff. Damit stehen verschiedene Materialien für das Trägermaterial
zur Verfügung, so dass es bestmöglich den Einsatzbedingungen
angepasst werden kann und insbesondere beim Einsatz der Vorrichtung zur
Kontaktierung in Fahrzeugen den dort herrschenden Umgebungsbedingungen,
wie schwankenden Temperaturen, Vibrationen, Feuchtigkeit und dergleichen,
angepasst werden kann.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zumindest eine
Kontaktelement mehr als eine Leiterbahn aufweist. Dies hat den Vorteil, dass
mit einem Kontaktelemente gleichzeitig mehrere miteinander zu verbindende
Kontaktflächen kontaktiert werden können. Außerdem
besteht die Möglichkeit, dass dann, wenn sich eine Leiterbahn
auf dem Kontaktelement verzweigt, auf der einen Seite die eine Kontaktfläche
und auf der anderen Seite dann die mehr als eine Kontaktfläche
miteinander kontaktiert werden können. So ist es möglich,
dass, ausgehend von einer Kontaktfläche, mehrere Kontaktflächen
kontaktiert werden oder, ausgehend von mehreren Kontaktflächen über
die Leiterbahn die elektrische Verbindung zu einer Kontaktfläche
zusammengefasst werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein flexibles Substrat
mehr als ein Kontaktelement aufweist. Dies hat den Vorteil, dass
auf einem flexiblen Substrat mehrere Kontaktelemente angeordnet
sind, um mehr als ein Paar Kontaktflächen miteinander zu
kontaktieren. Dies hat vor allen Dingen Vorteile bei der Montage
solcher Vorrichtungen zur Kontaktierung, da mit der Montage einer
solchen Vorrichtung direkt mehrere Kontaktflächen miteinander
elektrisch verbunden werden können.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Kontaktelement lösbar
mit einer elektronischen Schaltung einer Signal verarbeitenden Einheit
verbindbar. So hat z. B. eine Schaltungsplatine der elektronischen
Schaltung am Ende von Leiterbahnen etwas größer
ausgebildete Kontaktflächen, die in Verbindung mit dem
Kontaktelement gebracht werden können, wobei dann andererseits
eine Kontaktfläche, z. B. eine Antennenstruktur, auf einer
Fahrzeugscheibe oder einem sonstigen Bauteil des Fahrzeuges kontaktiert
werden können.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist das zumindest eine Kontaktelement
ein Bestandteil der elektronischen Schaltung des damit kontaktierten
elektronischen Geräts. Dies hat den Vorteil, dass die elektronische
Schaltung des elektronischen Gerätes schon das Kontaktelement
aufweist und mit der Montage des elektronischen Gerätes
an seinem Bestimmungsort die damit zumindest eine korrespondierende
Kontaktfläche auf der anderen Seite automatisch kontaktiert
wird.
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In
Weiterbildung der Erfindung weist das eine Kontaktelement zumindest
in einem Teilbereich, insbesondere vollständig im Querschnitt
einen Rotationskörper auf.
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Gemäß dem
unabhängigen Verfahrensanspruch ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die leitende Struktur auf die Kontaktoberfläche in
einem Siebdruckverfahren aufgetragen wird. Weiterhin ist vorgesehen,
dass die leitende Struktur im Offset-Druckverfahren oder durch Tampon-Druck
aufgetragen wird. Außerdem ist es denkbar, dass die leitende
Struktur auf die Kontaktoberfläche durch Transferdruck übertragen
wird.
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Die
Gestaltungsfreiheit bei solchen Kontaktteilen ist sehr groß.
Dies betrifft sowohl die Kontaktgeometrie, als auch die Auswahl
der Trägerfolie, als auch die Auswahl des Druckmediums.
Als Druckmedium eignen sich die Leitpasten mit Silber-, Carbon-, Kupfer-
oder Nickelpartikeln, Partikeln eines Metalloxids oder eines metallartigen
Carbids auf organischer Basis und andere elektrisch leitfähige
Medien.
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Als
Herstellungsprozess sind mehrere Arten von Druckverfahren geeignet.
Die Leiterbahn kann z. B. im Siebdruck, mit dem Tampondruck, im
Transferdruck hergestellt werden. Darüber hinaus können solche
Kontaktteile im Sheet moulding compound (SMC)-Verfahren hergestellt
werden. Durch Druckverfahren ist eine Massenfertigung solcher Kontakte möglich.
Hierzu eignen sich sowohl Flachbettdruck als auch Rotationsdruck.
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Des
Weiteren kann die gedruckte Leiterbahn zum Schutz gegen mögliche
Beschädigungen zumindest teilweise mit einer Kaschierfolie
versehen werden.
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Die
Kontaktelemente, bei denen das Trägermaterial aus einem
elastischen Werkstoff besteht, können ebenfalls im Rolle-zu-Rolle-(reel-to-reel)Verfahren
bedruckt werden. Dabei ist denkbar, das elastische Material seinerseits
mit einer Trägerschicht (sogenanntem Liner) zu versehen,
welche auch beim Herausstanzen der Kontaktelemente nach dem Druck
nicht durchgestanzt wird. Nach dem Entfernen des nicht benötigten
elastischen Restmaterials verbleiben die bedruckten Kontaktelemente
auf dem Liner und können so zur Endmontage angeliefert
werden. Beim Ablösen eines solchen Kontaktteils verbleibt
die Haftschicht in besonders vorteilhafter Weise vollständig
auf dem Liner.
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Die
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Kontaktierung, auf das die Erfindung jedoch nicht
beschränkt ist, sind im Folgenden beschrieben und anhand
der Figuren erläutert.
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In
der 2 ist ein solches Kontaktelement dargestellt.
Das Kontaktteil ist hier in Form eines Bandes gezeigt. Das Substrat 1 besteht
aus einem flexiblen Material, zum Beispiel einer Polymerfolie (zum
Beispiel bestehend aus Polyester, Polycarbonat oder dergleichen)
oder einem elastischen Werkstoff (einem Elastomer, wie zum Beispiel
Silikon, EPDM, NBR oder Werkstoffen auf deren Basis). Die Leiterbahn 2 stellt
dabei in besonders vorteilhafter Weise eine in einem Druckverfahren
hergestellte Struktur dar. An beiden Enden weist das Kontaktteil Löcher 3 auf,
mit deren Hilfe das Teil in einem Kontaktadapter (wie zum Beispiel
in der 3) montiert werden kann. Dies hat unter anderem
den Vorteil, dass solche Kontakte auch bei den laufenden Serienprodukten
eingesetzt werden können. Selbstverständlich kann
ein solches Kontaktelement anstelle einer Leiterbahn auch mehrere
Leiterbahnen aufweisen, damit die Kontaktflächen mehrfach
kontaktiert werden können. Des Weiteren kann die Leiterbahn auf
das notwendige Maß reduziert werden, wodurch der Verbrauch
der leitenden Substanz weiter signifikant verringert werden kann.
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Eine
andere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist in der 3 gezeigt. Hierbei besteht das
Substrat 1 ebenfalls aus einem flexiblen Material, vorzugsweise
einer Polymerfolie. In diesem Fall aber weist die Vorrichtung mehr
als ein Kontaktelement auf, die hier als Verlängerungen
ausgebildet sind, damit auch mehr als eine Kontaktfläche der
Antennenstruktur gleichzeitig kontaktiert werden kann. Selbstverständlich
kann auch eine Kontaktfläche der Antennenstruktur gleichzeitig
mit mehreren Kontaktelementen kontaktiert werden. Außerdem weist
jedes Kontaktelement im Kontaktbereich mehr als eine Leiterbahn
auf, was die Kontaktsicherheit erhöht. Auf der gegenüberliegenden
Seite befindet sich ein Stecker, der einen einfachen lösbaren
Anschluß an die weiterführenden elektronischen
Einheiten ermöglicht. Nicht dargestellt, aber möglich
ist die Ausführungsvariante, wo das zumindest eine Kontaktelement
ein Bestandteil der Schaltung des damit kontaktierten elektronischen
Gerätes ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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