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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umgießen eines konturgeformten Flachleiters. Dabei kommt die vorliegende Erfindung insbesondere für mehrschichtige Flachleiter im Automobilbereich in Frage, wobei der Flachleiter zur Energieversorgung (Niedervolt- oder Hochvoltanwendungen) und/oder zur Signalübertragung und/oder zur Erdung dienen kann.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bisher werden im Automobilbereich Kabelbäume in Form von Rundleitern mit zum Teil starken Durchmessern verwendet. Diese dienen neben der Energieversorgung auch zur Erdung im Kfz.
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In den letzten Jahren kommen jedoch vermehrt Flachleiter, insbesondere aus Aluminium zum Einsatz. Dadurch können der Einbauraum und das Leitergewicht reduziert werden. Weiterhin hat die geometrische Form der Flachleiter elektrotechnische Vorteile gegenüber Rundleitern. Durch einen mehrschichtigen Flachleiter kann neben der Energie- und Signalversorgung auch die Masserückführung unabhängig von den Karosseriewerkstoffen im Kfz erfolgen. Durch den geschichteten, flachen Aufbau werden zusätzlich die elektromagnetischen Felder außerhalb des Flachleiters eliminiert.
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Der Flachleiter wird beispielsweise entlang der Bodengruppenkontur vom Hinterraum bis zum Motorraum verlegt.
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Der in Kontur geformte Mehrschichtleiter mit seitlich und/oder stirnseitig angebrachten Kontaktierungsbereichen muss nach außen hin isoliert werden. Neben einer elektrischen Isolation werden eine hohe Wasserdichtigkeit (Längswasserdichtigkeit) und ein hoher Abrasionsschutz gefordert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Umgießen eines konturgeformten Flachleiters anzugeben, mit dem auf einfache Weise trotz Konturformung des Flachleiters eine reproduzierbare Gießwandstärke entlang des Leiters realisiert werden kann. Eine Aufgabe besteht ferner darin, einen entsprechenden Flachleiter und eine entsprechende Gießform anzugeben.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einem Flachleiter gemäß Anspruch 19 und einem Gießwerkzeug gemäß Anspruch 20 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein konturgeformter Flachleiter mit einer oder mit mehreren elektrisch leitenden Schichten bereitgestellt. Der Flachleiter ist vorzugsweise ein mehrschichtiger Flachleiter, der bereits zu einer Kontur umgeformt ist. Das bedeutet, dass der Flachleiter zweidimensional oder dreidimensional entlang der Erstreckungsrichtung umgeformt ist, sodass dieser bevorzugt an eine Kontur im Automobil, beispielsweise an die Kontur einer Bodenwanne angepasst ist. Das Umgießen eines solchen Flachleiters stellt aufgrund der Umformungsradien eine Herausforderung dar. Im Falle mehrerer leitender Schichten, die sandwichartig gestapelt sind, sind zwischen diesen einzelnen leitenden Schichten isolierende Schichten vorgesehen. Insbesondere kann der Flachleiter aus mehreren stromleitenden und einer gleichen Anzahl masseleitenden Schichten mit zwischenliegenden Isolationsschichten ausgebildet sein. Auch auf den jeweiligen außenliegenden Flächen können Isolationsschichten als Abschluss vorgesehen sein. Beispielsweise kann es sich bei den elektrisch leitenden Schichten um Schichten aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder Messing handeln. Aufgrund der Gewichtseinsparung sollten die elektrisch leitenden Schichten aus z. B. Aluminium mit einer Schichtstärke zwischen 0,3 mm und 5 mm ausgeführt sein. Der Flachleiter kann im Kfz zur Energieversorgung (Niedervolt- oder Hochvoltanwendungen) und/oder zur Signalübertragung und/oder zu Masserückführung dienen. Typische Abmessungen bei 12 V bzw. 48 V (Niedervoltanwendung) für die elektrisch leitenden Schichten aus Aluminium sind 1 mm × 60 mm im Querschnitt. Für eine hohe elektrische Leitfähigkeit sind beim Aluminium Reinheitsgrade von mindestens 99,5% bevorzugt, noch bevorzugter Reinheitsgrade zwischen 99,5% und 99,7%. Bei Kupfer ist beispielsweise das Kupfermaterial E-Cu 58 mit einer Zugfestigkeit von 220 bis 300 MPa zu empfehlen.
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In einem zweiten Schritt wird der Flachleiter in ein Gießwerkzeug eingelegt, wobei ein oder mehrere Abstandsmittel verwendet werden, welche den Abstand des Flachleiters zu den Kavitätswänden des Gießwerkzeugs festlegen. Die Abstandsmittel stellen somit beim Umgießen des Flachleiters eine Mindestwandstärke der durch das Umgießen herzustellenden Ummantelung dar. Die Abstandsmittel sollen kompatibel zum Gießwerkzeug und zum Flachleiterband sein. Vorzugsweise bestehen die Abstandsmittel aus der gleichen Werkstoffgruppe oder dem identischen Material. Die Abstandsmittel können im Werkzeug integriert sein.
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Das Gießmaterial ist elektrisch isolierend und vorzugsweise ein Kunststoff. Durch die geforderten Dauergebrauchstemperaturen von maximal 120°C sind insbesondere duroplastische, d. h. vernetzende Gießsysteme zu bevorzugen. Eine chemische Anbindung des Gießsystems an den Flachleiter möglichst ohne Lufteinschlüsse ist hierbei anzustreben. Besonders geeignete Materialien zum Umgießen des Flachleiters sind thermoplastische Elastomere, wie z. B. Polyurethan, Silikon, Gummi, TPU oder PVC. Anschließend wird der Flachleiter mit dem Gießmaterial umgossen, wodurch der Flachleiter eine Ummantelung erhält. Unter der Bezeichnung „Umgießen” ist insbesondere auch ein teilweises Umgießen des Flachleiters, ein Anspritzen oder Ansprühen des Materials zur Herstellung der Ummantelung mitumfasst.
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Das beschriebene Umgießen des bereits konturgeformten Flachleiters ist aufgrund der erforderlichen Wasserdichtigkeit, der elektrischen Isolationswerte und einer geforderten hohen Abriebfestigkeit technologisch eine ausgezeichnete Variante zur Herstellung einer Außenabisolierung. Insbesondere für die üblicherweise sehr hohe Funktionsgewährleistung über die komplette Fahrzeuglebensdauer hinaus ist die Gießvariante eine ausgezeichnete Lösung. Darüber hinaus kann mittels Gießen eine definierte Außenkontur realisiert werden, da je nach Gestaltung des Gießwerkzeugs eine Ummantelung mit einer gewünschten Querschnittsdicke bzw. Wanddicke erzielt werden kann.
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Der konturgeformte Flachleiter besteht vorzugsweise aus vier geschichteten Flachleitern mit den Abmaßen je 1 mm Höhe, 60 mm Breite und einer Bauteillänge von ca. 3000 mm. Die abgewickelte Flachleiterlänge beträgt in diesem Fall vorzugsweise etwa 4500 mm. Die zu erzeugende Gießwandstärke, d. h. die Wandstärke der Ummantelung beträgt vorzugsweise etwa 2 mm.
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Vorzugsweise ist zumindest eines der verwendeten Abstandsmittel im Gießwerkzeug ein flexibler Abstandshalter mit veränderlichem Abstandsmaß. Diese sind vorzugsweise im Gießwerkzeug fest eingebaut oder mit diesem integriert. Durch eine flexible Beschaffenheit eines oder mehrerer Abstandmittel können sich diese der Kontur des Flachleiterbandes anpassen und gewährleisten damit eine gleichmäßige Ummantelung trotz Kontur des Flachleiters.
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Vorzugsweise ist der mindestens eine flexible Abstandshalter pneumatisch oder hydraulisch verfahrbar, wodurch das Gießwerkzeug noch flexibler an die Kontur der Flachleiters anpassbar ist. Darüber hinaus können verfahrbare, aufpumpbare oder anderweitig verstellbare Abstandsmittel beim Einlegen des Mehrschichtleiters ausgefahren werden, wobei diese im Gießprozess während oder nach der kompletten Befüllung zurückgefahren werden, sodass der Mehrschichtleiter im Gießbett fixiert bleibt und die durch die Abstandsmittel entstandenen Freiräume durch Nachdruck oder durch Ausschäumen aufgefüllt werden können. Vorzugsweise sind die Abstandsmittel in gegenüberliegender Anordnung und hierbei vorzugsweise symmetrisch zueinander angeordnet, um ein gleichmäßiges Halten und Umgießen des Flachleiters zu unterstützen. Neben pneumatisch oder hydraulisch verfahrbaren Abstandshaltern ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform mindestens ein Abstandshalter ein aufblasbarer Abstandsbalk. Dieser kann beispielsweise mit einer flexiblen und/oder dehnbaren Außenhaut vorgesehen sein, wodurch sich der Abstandsbalk mittels eines Fluids in eine ausgefahrene Position aufblasen lässt und durch ablasen des Fluides oder durch Erzeugung eines Unterdrucks zurückfahren lässt. Ein solcher Abstandsbalk zeichnet sich durch eine einfache Konstruktion bei sehr hoher Adaptivität aus. Alternativ zu einem mittels Überdruck und/oder Unterdruck beaufschlagbaren Abstandsbalk kann der Abstandsbalk passiv bewegbar ausgeführt sein. Dies kann beispielsweise durch das Gießmaterial durchgeführt werden, indem das Gießmaterial den Abstandsbalk wegdrückt. Dazu werden insbesondere hochviskose Materialien als Gießmaterial bevorzugt. Darüber hinaus kann es sich um ein expansives Material, beispielsweise einem Schaum, handeln. Somit kann sichergestellt werden, dass durch den Masse- und/oder Expansionsdruck des Gießmaterials der Abstandsbalk zurückgedrängt wird, wodurch ein aktives zurückziehen des Abstandsbalks nicht mehr notwendig ist.
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Vorzugsweise ist mindestens ein Abstandsmittel eine Randklemme, die an den Flachleiter geklemmt wird und im Gießprozess zumindest teilweise mit umgossen wird. Dadurch lässt sich der Flachleiter im Gießwerkzeug exakt positionieren. Die eine oder die mehreren Randklemmen können aus einem nicht elektrisch leitenden Federmaterial oder aus Kunststoff gefertigt sein und werden bevorzugt am Rand des Mehrschichtleiters an den Außenseiten und einer Randseite befestigt. Darüber hinaus können diese Randklemmen Elemente zur Fixierung des Flachleiters nach dem Umgießen beinhalten, beispielsweise zum Fixieren des Flachleiters am Fahrzeug, etwa an der Bodenwanne des Fahrzeugs. Die Elemente zur Fixierung können Clipeinrichtungen, Öffnungen zum Verschrauben, Flächen zum Verkleben oder andere Mittel sein. Die Randklemmen können so ausgeführt sein, dass diese den Mehrschichtleiter umklemmen und durch positionsgenaues Einlegen im Gießwerkzeug nahezu komplett umgossen werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Abstandsmittel ein den Flachleiter zumindest teilweise umschließendes Gehäuse, das beim Umgießen zumindest teilweise mitumgossen wird. Auch auf diese Weise ist eine exakte Positionierung des Flachleiters im Gießwerkzeug gewährleistet. Das Gehäuse ist vorzugsweise so ausgelegt, dass die Außenseite an der Wand der Kavität des Gießwerkzeugs anliegt. Die Innenseite des Gehäuses kann einen Abstandshalter zum Mehrschichtleiter aufweisen. Die Anordnung kann umgekehrt ebenfalls realisiert werden. In diesem Fall liegt das Gehäuse am Mehrschichtleiter an und der Abstandshalter positioniert ggf. den Flachleiter zur Gießwerkzeugkavität. Das Gehäuse ist vorzugsweise zweiteilig ausgelegt, sodass das Anbringen an dem Flachleiter durch Aufsetzen und beispielsweise Zusammenclipsen der beiden Gehäusehälften realisiert werden kann. Das Gehäuse weist vorzugsweise zusätzlich Verbindungselemente zur Fixierung im Fahrzeug auf, wie es oben im Zusammenhang mit der Randklemme beschrieben ist. Das Gehäuse kann zur Fixierung, Positionierung und/oder auch als Schutz von Kontaktierungsbereichen, die im Folgenden genauer beschrieben werden, eingesetzt werden.
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Die genannten Abstandsmittel, flexiblen Abstandshalter, Randklemmen und Gehäuse lassen sich kombinieren.
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Vorzugsweise ist der Flachleiter mit einem oder mehreren Kontaktierungsbereichen ausgestattet, die für eine Kontaktierung des Flachleiters vorgesehen sind. Insbesondere bei Verwendung mehrschichtiger Flachleiter als Multischiene in einer Kfz-Bodenwanne ist eine Kontaktierungslösung von ca. 4 bis 5 Hauptanschlussstellen über ggf. Adapterstecker vorgesehen. Die Kontaktierung des Flachleiters selbst erfolgt vorzugsweise über seitlich aus dem Flachleiter herausragende Kontaktierungsbereiche, die etwa als Kontaktfahnen dienen oder mit Kontaktfahnen verbunden werden können. Die Kontaktfahnen wiederum sind vorzugsweise mit flexiblen Rundleitern verbunden. Um dies als ein Beispiel zu realisieren, wird beispielsweise der wenigstens eine Leiter des Flachleiters mit einer flachen Kontaktfahne versehen. Unter „flach” ist hierbei zu verstehen, dass bei einer räumlichen Betrachtung (3D) eine Dimension deutlich kleiner als die anderen beiden Dimensionen, wenigstens halb so klein, bevorzugt mehr als dreimal so klein ist. Die als Kontaktfahnen ausgebildeten Anschlusselemente sollten aufgrund der besseren Formstabilität vorzugsweise aus Kupfer ausgeführt sein, können aber ebenfalls aus anderen Materialien, z. B. Aluminium bestehen. Eine Kontaktfahne kann dabei in einer Aufsicht rechteckig, oval, kreisrund oder anders gestaltet sein. Sie kann eine Stärke von ca. 0,5 bis 5 mm, bevorzugt 1 mm besitzen. Vorzugsweise wird der Flachleiter vor der Kontaktierung bereits umgeformt. Die Kontaktierungsbereiche, die beispielsweise mit Kontaktfahnen zu verbinden sind oder als Kontaktfahnen ausgebildet sind, sollen vorzugsweise gegenüber dem Gießharzsystem geschützt werden, um eine nachfolgende Kontaktierung durchführen zu können.
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Vorzugsweise werden zum Schutz des oder der Kontaktierungsbereiche Schutzkappen verwendet, welche die Kontaktierungsbereiche abdecken und nach dem Umgießen des Flachleiters entfernbar sind. Die Schutzkappen werden etwa auf die Kontaktierungsbereiche und/oder Kontaktfahnen aufgesteckt und nach dem Gießvorgang wieder entfernt, sodass die Kontaktierungsbereiche bzw. Kontaktfahnen nach dem Gießvorgang zum weiteren Kontaktieren zur Verfügung stehen. Im Übrigen ist es auch möglich, dass das Umgießen an einem bereits mit Leitern kontaktierten Flachleiter erfolgt, wie es weiter unten genauer beschrieben ist. In diesem Fall ist ein Schutz der Kontaktierungsbereiche nicht notwendigerweise erforderlich. Vielmehr werden die Anschlussstellen durch das Umgießen stabilisiert.
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Alternativ kann die Abdichtung von zu kontaktierenden Kontaktierungsbereichen mittels einer Dichtung erfolgen, die verhindert, dass Gießmaterial zum Kontaktierungsbereich gerät. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann bevorzugt, wenn die Kontaktierungsbereiche als seitlich aus dem Flachleiter herausragende Kontaktfahnen ausgebildet sind. Die Abdichtung der Kontaktierungsbereiche kann darüber hinaus über selbstdichtende Systeme im Gießwerkzeug erfolgen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine oder sind mehrere Kontaktierungsbereiche mit einem flexiblen Leiter, vorzugsweise einem Rundleiter, verbunden, wobei ein Teil des flexiblen Leiters und zumindest ein Teil der Kontaktierungsbereiche umgossen werden. Die Rundleiter behalten im nicht umgossenen Bereich ihre Flexibilität, sodass Kräfte nicht direkt auf den Flachleiter übertragen werden. Zur Verbesserung der Längsdichtigkeit des Systems kann die Länge des Rundleiters genutzt werden.
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Vorzugsweise werden zumindest ein Teil des flexiblen Leiters und ein Teil der Kontaktierungsbereiche in einem ersten Gießprozess mit einem ersten Kunststoff umgossen, umspritzt und/oder angespritzt und anschließend der Flachleiter zur Herstellung seiner Ummantelung mit einem zweiten Kunststoff umgossen. Durch die Verwendung der Zwei-Komponenten Technik kann der Kontaktierungsbereich zwischen Flachleiter und Rundleiter umspritzt und/oder angespritzt und anschließend der Flachleiter insgesamt komplett umgossen werden. Verbindungselemente können hierbei aus der ersten oder zweiten Komponente mit hergestellt werden. Die erste Spritzkomponente sorgt hierbei bevorzugt für eine erhöhte Festigkeit und Steifigkeit, die zweite, vorzugsweise duroplastische Komponente sorgt für die Dichtigkeit, Chemikalienresistenz, Flexibilität des Mehrschichtleiters sowie den Abrasionsschutz zu Anbauteilen und der Karosserie. Wie bereits angedeutet, können bei dem Umgießen des Flachleiters ein oder mehrere Funktionselemente, wie beispielsweise ein oder mehrere Befestigungselemente oder eine Tülle mit angegossen werden. Hierbei ist es bevorzugt, dass in einem ersten Schritt die Spritzkomponente, d. h. die erste, bevorzugt festere Komponente selektiv angespritzt wird und in einem zweiten Schritt der Flachleiter insgesamt mit einer zweiten, vorzugsweise weicheren Komponente umgossen wird.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des Anwendungsfalls eines Automobils erläutert wurde, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung auch in anderen Bereichen umgesetzt werden kann, z. B. im Transportbereich, insbesondere der Luftfahrt und Schifffahrt, im Maschinenbau, im Elektrik- und Elektronikbereich, insbesondere bei der Unterhaltungselektronik, in der Medizintechnik, im Möbelbau, in der Haustechnik usw. Darüber hinaus sind weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben erwähnten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen erfolgt dabei unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt einen Ausschnitt eines exemplarischen, konturgeformten, mehrschichtigen Flachleiters (Queransicht) beim physischen Verbinden von Kontaktfahnen mit elektrisch leitenden Schichten des Flachleiters mittels eines EMPT-Verfahrens;
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Die 2A bis 2C zeigen die Positionierung eines Mehrschichtleiters im Gießwerkzeug über angebrachte Abstandsmittel; hierbei zeigen 2A den Mehrschichtleiter im Querschnitt, 2B den Mehrschichtleiter in der Draufsicht und 2C den Mehrschichtleiter positioniert im Gießwerkzeug.
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Die 3A und 3B zeigen die Positionierung eines Mehrschichtleiters im Gießwerkzeug über Abstandsmittel; hierbei zeigen 3A den Mehrschichtleiter im Querschnitt beim Umgießen und 3B den umgossenen Mehrschichtleiter im Querschnitt.
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4 zeigt die Positionierung eines Mehrschichtleiters im Gießwerkzeug mit verfahrbaren Abstandsmitteln.
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5 zeigt die Positionierung eines Mehrschichtleiters im Gießwerkzeug mit verfahrbaren Abstandsmitteln während der Gießharzbefüllung.
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6 zeigt die Positionierung eines Mehrschichtleiters im Gießwerkzeug mit verfahrbaren Abstandsmitteln nach der Gießharzbefüllung.
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7 zeigt einen umgossenen Mehrschichtleiter.
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8A bis 8D zeigen Ausführungsvarianten zur Positionierung des Mehrschichtleiters im Gießwerkzeug mit Randklemmen.
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9A bis 9C zeigen Ausführungsvarianten zur Positionierung des Mehrschichtleiters im Gießwerkzeug mit einem Gehäuse.
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10A bis 10C zeigen eine Ausführungsvariante des Umgießens von Kontaktfahnen im Gießwerkzeug mit einem Schutz der Kontaktierungsbereiche durch Aufsteckhüllen.
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11A und 11B zeigen eine Ausführungsvariante des Umgießens von Kontaktfahnen im Gießwerkzeug mit einem Schutz der Kontaktfahnen mittels eines Dichtrings (11A) und einer selbstdichtenden Dichtung im Werkzeug (11B).
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12 zeigt eine Ausführungsvariante des Umgießens von kontaktierten, flexiblen Rundleitern, angebracht an Kontaktfahnen am Mehrschichtleiter.
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13 zeigt eine Ausführungsvariante des Umgießens von kontaktierten, flexiblen Rundleitern, angebracht an Kontaktfahnen am Mehrschichtleiter, hergestellt mit zwei Komponenten.
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14 zeigt eine Ausführungsvariante zur Herstellung einer Tülle im Umgießprozess des Mehrschichtleiters.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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1 zeigt einen mehrschichtigen, konturierten Flachleiter 1. Dieser umfasst in der beispielhaften Ausführungsform vier elektrisch leitende Schichten 2 aus Aluminium, sowie jeweils zwischen den Schichten angeordnete isolierende Schichten 3. Die jeweils außen liegenden elektrisch leitenden Schichten 2 sind durch eine außenliegende Isolationsschicht 4 elektrisch isoliert. Der Flachleiter 1 wird derart hergestellt, dass jeweils eine elektrisch leitende Schicht 2 zumindest einseitig, bevorzugt beidseitig mit einer Isolationsschicht 3 versehen wird, um einen Aufbau zu bilden. Mehrere solche Aufbauten (hier vier) werden übereinander gelegt und paketiert. Dieser Verbund aus mehreren Aufbauten wird nachfolgend, zum Beispiel entsprechend der Bodengruppenkontur eines Kraftfahrzeugs zweidimensional oder dreidimensional umgeformt, sodass sich der Flachleiter 1 möglichst eng an die Bodengruppenkontur anpasst bzw. in dieser verlegt werden kann. Beim Umformen können die einzelnen elektrisch leitenden Schichten 2 relativ zueinander abgleiten, und somit kann eine Scherung der einzelnen Schichten 2 stark reduziert werden. Dabei werden die Isolationsschichten 3 derart angeordnet, dass sich bei der Paketierung jeweils eine Isolationsschicht 3 zwischen zwei elektrisch leitenden Aluminiumschichten 2 befindet.
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Darüber hinaus ist in 1 ein Adapterstecker 5 dargestellt, der mehrere Kontaktierungsbereiche 6 (hier vier) zur elektrischen Verbindung mit anderen elektrischen Geräten, z. B. Verbrauchern eines Kraftfahrzeugs aufweist. Ferner sind flexible Leiter 7, z. B. mit einer Isolationsschicht versehene Rundleiter 7, vorgesehen, von denen ein Ende mit dem Stecker 5 verbunden und jeweils mit einem der Kontaktierungsbereiche 6 elektrisch kontaktiert ist. Das entgegengesetzte Ende ist elektrisch mit einer Kontaktfahne 8 verbunden. Diese kann beispielsweise aus Kupfer gebildet sein und in der Draufsicht verschiedene Konturen aufweisen.
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Die Kontaktfahnen 8 können bereits angebrachte flexible Leiter 7 aufweisen. Gegebenenfalls kann auch der Stecker 5 bereits mit den flexiblen Leitern 7 verbunden sein.
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Nach dem Kontaktieren der Kontaktfahnen 8 mit dem Flachleiter 1 erfolgt ein physisches Verbinden. In der vorliegenden Ausführungsform werden die in 1 schematisch dargestellten EMPT-Spule 12 und Wiederlager 13 im Bereich der Kontaktfahnen 8 am Flachleiter 1 positioniert und die Kontaktfahnen 8 mit den zugehörigen elektrisch leitenden Schichten 2 physisch verbunden, hier mittels des EMPT-Schweißens stoffschlüssig verschweißt.
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Verbleiben nach dem physischen Verbinden Hohlräume im Bereich der Kontaktfahnen 8 und zwischen der jeweils zugehörigen isolierenden Schicht 3 und der elektrisch leitenden Schicht 2, ist es denkbar, zusammen mit den Kontaktfahnen 8 und vor dem EMPT-Verschweißen einen Füllstoff mit in die Hohlräume einzubringen. Dabei kann es sich um eine elektrisch leitfähige Paste, Lötmaterial oder andere Füllstoffe, beispielsweise lichtleitende Werkstoffe und/oder wasserabsorbierende Werkstoffe handeln. Vor dem beschriebenen EMPT-Verfahren kann der Bereich, in dem die Kontaktfahnen 8 angeordnet sind und in dem der Füllstoff vorgesehen wird, vorab verpresst werden, sodass der Füllstoff etwaige Hohlräume vor dem EPMT-Verschweißen ausfüllt.
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Anstatt einer Spule 12 mit Wiederlager 13 kann auch eine teilweise Anordnung zwischen den Schichten des Flachleiters 1 mit einer oder mehreren Spulen 12 und entsprechend zugeordneten Wiederlagern 13 vorgesehen sein, sodass gleichzeitig mehrere Leiterschichten bzw. Leiterbereiche mit Kontaktfahnen 8 verbunden werden können.
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Zum Umgießen des Flachleiters 1 wird der Flachleiter 1 in ein Gießwerkzeug 100 eingelegt, wie es in der 2C im Querschnitt des Flachleiters 1 gezeigt ist. Die Positionierung des Flachleiters 1 in der Kavität des Gießwerkzeugs 100 erfolgt mittels Abstandsmitteln 50. In den 2A bis 2C, 3A und 3B sind jeweils verschiedene Formen, Geometrien und Anordnungen von Abstandsmitteln 50 gezeigt. Hierbei versteht es sich, dass die gezeigten Geometrien nicht in der dargestellten Kombination vorhanden sein müssen. Vielmehr dienen die Figuren dazu, verschiedene Arten von Abstandsmitteln 50 möglichst kompakt darzustellen. 2A zeigt den Mehrschichtleiter 1 im Querschnitt. 2B zeigt den Mehrschichtleiter 1 in einer Draufsicht. 2C zeigt den Mehrschichtleiter 1 im Gießwerkzeug 100 positioniert. Die 3A zeigt die Positionierung des Mehrschichtleiters 1 im Gießwerkzeug 100 beim Umgießen. Hierbei bezeichnet das Bezugszeichen 20 die Ummantelung des Flachleiters 1. Der fertig umgossene und aus dem Gießwerkzeug 100 herausgenommene Flachleiter 1 ist in 3B gezeigt. Wie in den Figuren dargestellt können die Abstandsmittel 50 sowohl auf bzw. unter dem Flachleiter 1 angelegt sein, es ist aber auch eine stirnseitige Anordnung an dem Flachleiter 1 möglich.
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Die Abstandsmittel 50, die entweder am Mehrschichtleiter 1 oder am Gießwerkzeug 100 angebracht sind oder einfach dazwischen geklemmt sind, gewährleisten eine gleichmäßige Mindestwandstärke der durch den Gießprozess herzustellenden Ummantelung 20. Die Abstandsmittel 50 können flexibel mit Übermaß oder in fester Form mit genauem Abstandsmaß ausgeführt sein. Wichtig ist die Kompatibilität der Abstandsmittel 50 zum Gießsystem und zum Flachband 1. Bestenfalls bestehen die Abstandsmittel 50 aus dergleichen Werkstoffgruppe oder dem identischen Material. Die Abstandsmittel 50 können im Werkzeug 100 integriert sein. Sie können, wie es in den 4, 5 und 6 gezeigt ist, pneumatisch oder hydraulisch beim Einlegen des Mehrschichtleiters 1 ausgefahren, im Gießprozess während oder nach der kompletten Befüllung zurückgefahren werden, sodass der Mehrschichtleiter 1 im Gießbett fixiert bleibt und die entstandenen Freiräume durch Nachdruck oder Ausschäumen ausgefüllt werden. Die beschriebenen Abstandsmittel 50 sind vorzugsweise in gegenüberliegender Anordnung ausgeführt.
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Zurückkommend auf die 2A bis 3B ist gezeigt, dass die Abstandsmittel 50 nicht zwangsläufig aus einem Kunststoffmaterial oder einem festen Material ausgebildet sein müssen. In den unteren Bereichen der 2A bis 3B ist ein Abstandsmittel 50 gezeigt, dass aus einem Vlies, einem Gewebe, einem Gewirke sein kann. Darüber hinaus können auch die in den Figuren oben dargestellten Abstandshalter 50 flexibel sein, d. h. ein veränderliches Abstandsmaß aufweisen. Beispielsweise können sie aus einem weichen Kunststoff ausgebildet sein. Ferner können die Abstandsmittel 50 mit Durchbrüchen 51 vorgesehen sein, um die Verteilung des Gießmaterials 20 um den Flachleiter 1 während des Gießprozesses zu vereinfachen. Durch die Durchbrüche 51 ist eine weiterhin eine flexiblere Ausgestaltung der Abstandsmittel 50 erzielbar, so dass entsprechend der Gestaltung, d. h. Größe und Form der Durchbrüche 51 ein bestimmtes Maß an Flexibilität und eine bestimmte Flexibilitätsrichtung einstellbar sind. Insbesondere für den Fall, wenn die Abstandshalter 50 im Gießmaterial 20 verbleiben kann ein Durchbruch 51 zum Umgießen des Abstandshalters 50 eingesetzt werden, so dass eine besonders gute mechanische Anbindung des Abstandshalters 50 am Flachleiter 1 und Verbindung mit dem Gießmaterial 20 geschaffen ist.
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4 zeigt die Positionierung des Flachleiters 1 im Gießwerkzeug 100 mit Positionierungssystemen bzw. Abstandsmitteln 50, die als verstellbare Abstandshalter 52 und 53 ausgebildet sind. Diese gelten als eine besondere Form von flexiblen Abstandsmitteln. Die Abstandshalter mit unterschiedlichen Kopfformen 52 sind pneumatisch oder hydraulisch verfahrbar, sodass diese sich flexible an die Kontur des Flachleiters 1 anlegen können und/oder während oder nach der kompletten Befüllung zurückfahrbar sind, sodass der Mehrschichtleiter 1 im Gießbett fixiert bleibt und die entstandenen Freiräume durch Nachdruck oder Ausschäumen ausgefüllt werden können. Dieser Vorgang ist in den 5 und 6 gezeigt, wobei zunächst die Abstandshalter 52 bzw. der Abstandsbalk 53 ausgefahren sind (4) und diese anschließend nach und/oder während der Befüllung der Gießwerkzeugkavitäten zurückgefahren werden (5 und 6). Der aus dem Gießwerkzeug 100 entnommene Flachleiter 1 ist in 7 gezeigt. Die Betätigung der verstellbaren Abstandshalter 52 und 53 in den 4, 5 und 6 erfolgt beispielsweise mittels Hydraulik oder Druckluft, was schematisch mit Pfeilen P links und rechts an den Figuren dargestellt ist.
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Eine weitere Möglichkeit der exakten Positionierung des Mehrschichtleiters 1 im Gießwerkzeug 100 besteht in der Verwendung von Randklemmen 60 bis 67, wie es in den 8A bis 8D gezeigt ist. Diese können aus einem nicht elektrisch leitenden Federmaterial oder Kunststoff hergestellt sein und werden am Rand des Mehrschichtleiters 1 an den Außenseiten und an der Randseite befestigt, wie es in den 8A bis 8D gezeigt ist. Weiterhin können diese Randklemmen Elemente zur Fixierung des Mehrschichtleiters 1 nach dem Umgießen beinhalten, wie es in den 8C und 8D gezeigt ist, deren Randklemmen 64, 65, 66, 67 Funktionsabschnitte 64', 65', 66' und 67' aufweisen. Zudem ist in der 8C ein Schiebestift 68 zur Erzeugung einer Befestigungsdurchführung im umgossenen Mehrschichtleiter 1 gezeigt. Die Randklemmen können so ausgeführt sein, dass diese den Mehrschichtleiter 1 umklemmen und durch positionsgenaues Einlegen im Gießwerkzeug 100 nahezu komplett umgossen werden können, wie es insbesondere bei der rechten Randklemme 67 der 8D gezeigt ist. Die Randklemmen 60 und 66 sind aus einem nicht leitenden Federmaterial gefertigt. In 8A rechts ist die Randklemme 61 als Vlies, Gewebe oder Abstandsgewirke am Rand und im Seitenbereich des Flachleiters 1 gezeigt. Die Randklemme kann ebenso im Spritzguss oder in der Extrusion hergestellt werden, hier Randklemmen 62, 63, 64, 65, 67. Die Randklemme 62 in 8B steht im Wesentlichen flächig mit der Kavitätswand des Spritzgusswerkzeugs in Kontakt. Gemäß einer anderen Variante, hier die Randklemmen 63, 65, kann auch ein punktueller Kontakt zum teilweise Umspritzen der Randklemme vorgesehen sein.
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Die 9A, 9B und 9C zeigen eine Ausführungsvariante, in der das Abstandsmittel 50 als Positioniergehäuse 70 gezeigt ist. Das Gehäuse 70 ist so ausgelegt, dass die Außenseite an der Wand der Kavität des Gießwerkzeugs 100 anliegt, die Innenseite Abstandshalter 71 zum Mehrschichtleiter 1 aufweist. Alternativ kann die Anordnung auch umgekehrt realisiert werden, d. h. das Gehäuse 70 liegt am Mehrschichtleiter 1 an und Abstandshalter 71 positionieren das Gehäuse 70 zur Gießwerkzeugkavität. Das Gehäuse 70 ist vorzugsweise zweiteilig ausgebildet, sodass das Anbringen an den Mehrschichtleiter 1 beispielsweise durch Aufsetzen und Zusammenklipsen der Hälften realisiert werden kann. In 9B sind zusätzlich Verbindungselemente 72 zur Fixierung des Flachleiters 1 im Fahrzeug vorgesehen. Ferner kann das Gehäuse 70 zur Fixierung, Positionierung oder als Schutz von Kontaktierungsbereichen, insbesondere von verbundenen, flexiblen Rundleitern bzw. Kontaktfahnen 8 eingesetzt werden, wie es in der 9C gezeigt ist. Hier weist der Flachleiter 1 Kontaktfahnen 8 als Verbindung zwischen den Aluminiumflachleitern 2 und Rundleitern 7 auf.
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10A, 10B und 10C zeigen eine Ausführungsvariante des Umgießens von Kontaktfahnen 8 im Gießwerkzeug 100, wobei in der 10A stirnseitige als Kontaktfahnen 8 ausgebildete Kontaktierungsstellen des Mehrschichtleiters 1 im Gießwerkzeug 100 positioniert sind. Die Figur zeigt die Draufsicht auf den Kontaktleiter 1. Die 10B zeigt einen Schutz 80 zur Abschirmung der Kontaktierungsbereiche 8 im Gießprozess durch Aufstecken. Dadurch werden die Kontaktierungsbereich 8, die im vorliegenden Fall aus dem Mehrschichtleiter 1 herausragen, gegenüber dem Gießharzsystem geschützt, um eine nachfolgende Kontaktierung durchführen zu können. Die Kontaktfahnen 8 können hierbei auf den Aluminiumflachleiter 1 direkt aufgeschweißt oder aus dem Aluminiumflachleiterband selbst bestehen. Die Schutzkappen 80 werden vor dem Gießvorgang über die Kontaktfahnen 8 geschoben und nach dem Gießvorgang wieder entfernt, sodass die Kontaktfahnen 8 zur weiteren Kontaktierung zur Verfügung stehen.
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Alternativ kann die Abdichtung der Kontaktfahnen 8 über Dichtringe 81 oder selbstdichtende Systeme 82 im Werkzeug 100 erfolgen, wie es in den 11A und 11B dargestellt ist. Der Dichtring 81 gemäß 11A kann in einer Nut im Werkzeug positioniert werden, wodurch kein Gießmaterial 20 die Kontaktfahne 8 erreicht. Alternativ dazu zeigt die 11B eine selbstdichtende Dichtung, als Teil des Werkzeugs 100.
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Die 12 zeigt eine Ausführungsvariante des Umgießens von kontaktierten, flexiblen Rundleitern 7, die an Kontaktfahnen 8 am Mehrschichtleiter 1 angebracht sind. In der oberen Variante der 12 wird die Nutzung der Rundleiter 7 zur verbesserten Längsabdichtung gezeigt, wohingegen das Abgießen der Kontaktierungsstelle als Block in der unteren Variante gezeigt ist. Somit kann zur Verbesserung der Längsdichtigkeit des Systems die Länge der Rundleiter 7 genutzt werden. Die Rundleiter 7 behalten im nicht umgossenen Bereich ihre Flexibilität, sodass Kräfte nicht direkt auf den Mehrschichtleiter 1 übertragen werden.
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Durch die Verwendung einer Zwei-Komponententechnik kann der Bereich der Kontaktfahnen 8/Rundleiter 7 mit einer Komponente 21 umspritzt oder angespritzt und anschließend der Mehrschichtleiter 1 mit einer anderen Komponente komplett umgossen werden, wie es in 13 gezeigt ist. In der oberen Variante der 13 wird die Nutzung des Rundleiters 7 zur verbesserten Längsabdichtung gezeigt. In der unteren Variante der 13 wird die Nutzung des Kontaktierungsbereichs 8 zur Herstellung von zusätzlichen Verbindungselementen 90 gezeigt. Die Komponente 20 wird vorzugsweise im Spritzgießverfahren hergestellt. Aus dieser Komponente ist in diesem Beispiel bevorzugt auch das Verbindungselement 90 ausgebildet.
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14 zeigt eine Ausführungsvariante zur Herstellung einer Tülle im Umgießprozess des Mehrschichtleiters 1, hier im Zwei-Komponentenverfahren hergestellt. Die Komponente 21 ist vorzugsweise im Spritzgießverfahren hergestellt und weist beispielsweise Verbindungselemente 91 auf. Mit der Gießharzkomponente 20 wird der Mehrschichtleiter 1 komplett umschlossen.
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Bei der Verwendung eines Zwei-Komponentenverfahrens können die Verbindungselemente entweder aus dem ersten oder aus dem zweiten oder aus einer Mischung von beiden Komponenten hergestellt werden. Die Spritzgießkomponente 21 sorgt hierbei in der Regel für eine erhöhte Festigkeit und Steifigkeit, die zweite, duroplastische Komponente für die Dichtigkeit, die Chemikalienresistenz, die Flexibilität des Mehrschichtleiters 1 sowie den Abrasionsschutz zu Anbauteilen und der Karosserie.
